1. 引言

大家好，又見面了！在上一篇文章中，我們聊了聊簡單工廠模式，今天，我們要進一步探討一種更加靈活的工廠設計模式——工廠方法模式。如果說簡單工廠模式是“萬能鑰匙”，那工廠方法模式就是“變形金剛”。它通過定義一個創建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類，從而應對各種變化。今天，我們就來揭開工廠方法模式的神秘面紗，讓你的Python代碼更加靈活多變。準備好了嗎？Let’s go!

2. 什么是工廠方法模式

工廠方法模式（Factory Method Pattern）是一種創建型設計模式，它定義了一個創建對象的接口，但由子類決定要實例化的類是哪一個。工廠方法模式使一個類的實例化延遲到其子類，簡而言之，就是父類提供一個接口，子類來決定實例化哪個具體的類。

3. 工廠方法模式的實現（Python）

示例一：形狀工廠

假如你是個藝術家，需要畫各種形狀，圓形、方形啥的，你可以用工廠方法模式讓子類決定創建哪些形狀對象：

代碼實現

from abc import ABC, abstractmethod# 定義Shape接口
class Shape(ABC):@abstractmethoddef draw(self):pass# 實現Circle類
class Circle(Shape):def draw(self):print("Drawing a Circle")# 實現Square類
class Square(Shape):def draw(self):print("Drawing a Square")# 定義ShapeFactory接口
class ShapeFactory(ABC):@abstractmethoddef create_shape(self):pass# 實現CircleFactory類
class CircleFactory(ShapeFactory):def create_shape(self):return Circle()# 實現SquareFactory類
class SquareFactory(ShapeFactory):def create_shape(self):return Square()# 使用示例
if __name__ == "__main__":circle_factory = CircleFactory()shape1 = circle_factory.create_shape()shape1.draw()  # 輸出: Drawing a Circlesquare_factory = SquareFactory()shape2 = square_factory.create_shape()shape2.draw()  # 輸出: Drawing a Square

詳細代碼解析

• Shape是一個抽象基類，定義了draw抽象方法；
• Circle和Square類實現了Shape接口，具體畫啥樣子它們說了算；
• ShapeFactory是一個抽象基類，定義了create_shape抽象方法；
• CircleFactory和SquareFactory類實現了ShapeFactory接口，分別負責創建Circle和Square對象；
• 我們只需通過調用具體的工廠類（如CircleFactory或SquareFactory）來創建形狀對象，然后調用相應的draw方法。

示例二：日志記錄器工廠

現在你是個開發者，搞個日志系統，你想要不同級別的日志記錄器來幫你分門別類記錄信息，工廠方法模式也能派上用場：

碼實現

from abc import ABC, abstractmethod# 定義Logger接口
class Logger(ABC):@abstractmethoddef log(self, message):pass# 實現InfoLogger類
class InfoLogger(Logger):def log(self, message):print(f"INFO: {message}")# 實現ErrorLogger類
class ErrorLogger(Logger):def log(self, message):print(f"ERROR: {message}")# 定義LoggerFactory接口
class LoggerFactory(ABC):@abstractmethoddef create_logger(self):pass# 實現InfoLoggerFactory類
class InfoLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self):return InfoLogger()# 實現ErrorLoggerFactory類
class ErrorLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self):return ErrorLogger()# 使用示例
if __name__ == "__main__":info_logger_factory = InfoLoggerFactory()info_logger = info_logger_factory.create_logger()info_logger.log("This is an informational message.")  # 輸出: INFO: This is an informational message.error_logger_factory = ErrorLoggerFactory()error_logger = error_logger_factory.create_logger()error_logger.log("This is an error message.")  # 輸出: ERROR: This is an error message.

詳細代碼解析

• Logger是一個抽象基類，定義了log抽象方法；
• InfoLogger和ErrorLogger類實現了Logger接口，分別負責記錄不同級別的日志；
• LoggerFactory是一個抽象基類，定義了create_logger抽象方法；
• InfoLoggerFactory和ErrorLoggerFactory類實現了LoggerFactory接口，分別負責創建InfoLogger和ErrorLogger對象；
• 你只需通過調用具體的工廠類（如InfoLoggerFactory或ErrorLoggerFactory）來創建日志記錄器對象，然后調用相應的log方法。

示例三：數據庫連接工廠

假如你現在是個DBA，需要管理多個數據庫連接，工廠方法模式同樣能幫你搞定這個問題：

代碼實現

from abc import ABC, abstractmethod# 定義DatabaseConnection接口
class DatabaseConnection(ABC):@abstractmethoddef connect(self):pass# 實現MySQLConnection類
class MySQLConnection(DatabaseConnection):def connect(self):print("Connecting to MySQL database...")# 實現PostgreSQLConnection類
class PostgreSQLConnection(DatabaseConnection):def connect(self):print("Connecting to PostgreSQL database...")# 定義DatabaseConnectionFactory接口
class DatabaseConnectionFactory(ABC):@abstractmethoddef create_connection(self):pass# 實現MySQLConnectionFactory類
class MySQLConnectionFactory(DatabaseConnectionFactory):def create_connection(self):return MySQLConnection()# 實現PostgreSQLConnectionFactory類
class PostgreSQLConnectionFactory(DatabaseConnectionFactory):def create_connection(self):return PostgreSQLConnection()# 使用示例
if __name__ == "__main__":mysql_factory = MySQLConnectionFactory()mysql_connection = mysql_factory.create_connection()mysql_connection.connect()  # 輸出: Connecting to MySQL database...postgresql_factory = PostgreSQLConnectionFactory()postgresql_connection = postgresql_factory.create_connection()postgresql_connection.connect()  # 輸出: Connecting to PostgreSQL database...

詳細代碼解析

• DatabaseConnection是一個抽象基類，定義了connect抽象方法；
• MySQLConnection和PostgreSQLConnection類實現了DatabaseConnection接口，分別負責不同數據庫的連接；
• DatabaseConnectionFactory是一個抽象基類，定義了create_connection抽象方法；
• MySQLConnectionFactory和PostgreSQLConnectionFactory類實現了DatabaseConnectionFactory接口，分別負責創建MySQLConnection和PostgreSQLConnection對象；
• 你只需通過調用具體的工廠類（如MySQLConnectionFactory或PostgreSQLConnectionFactory）來創建數據庫連接對象，然后調用相應的connect方法。

4. 工廠方法模式的優缺點

優點

• 解耦：將對象的創建過程與使用過程分離，降低了代碼的耦合度；
• 靈活性：通過子類來決定具體實例化哪個類，增加了代碼的靈活性；
• 擴展性：增加新的產品類時，只需添加相應的工廠類即可，不需要修改現有代碼。

缺點

• 類的數量增加：每增加一個產品類，都需要增加一個相應的工廠類，導致類的數量增多；
• 代碼復雜度提高：增加了系統的復雜性，理解起來可能會有些困難。

5. 圖示

類圖

示意圖

6. 總結

工廠方法模式是一個非常有用的設計模式，通過定義一個創建對象的接口，讓子類來決定實例化哪一個類，增加了代碼的靈活性和可擴展性。雖然它會增加類的數量和代碼的復雜度，但在大多數情況下，工廠方法模式依然是一個非常實用的解決方案。希望今天的分享能讓大家對工廠方法模式有更深入的理解，如果你在項目中也用到了工廠方法模式，歡迎留言分享你的經驗和見解！