一、工廠方法模式核心概念

工廠方法模式（Factory Method Pattern）是一種創建型設計模式，屬于經典23種設計模式之一。其核心思想是：定義一個創建對象的接口，但將具體對象的實例化過程延遲到子類中實現。這種模式通過引入抽象層，將對象的創建與使用解耦，使系統更具擴展性。

關鍵角色解析

1. 抽象產品（Product）
   定義產品的公共接口，所有具體產品必須實現這些方法。例如：

   from abc import ABC, abstractmethodclass Animal(ABC):@abstractmethoddef speak(self):pass
   

2. 具體產品（ConcreteProduct）
   實現抽象產品接口的具體類，如Dog和Cat：

   class Dog(Animal):def speak(self):return "Woof!"class Cat(Animal):def speak(self):return "Meow!"
   

3. 抽象工廠（Creator）
   聲明工廠方法，返回抽象產品類型：

   class AnimalFactory(ABC):@abstractmethoddef create_animal(self):pass
   

4. 具體工廠（ConcreteCreator）
   實現抽象工廠的接口，負責創建具體產品實例：

   class DogFactory(AnimalFactory):def create_animal(self):return Dog()class CatFactory(AnimalFactory):def create_animal(self):return Cat()
   

二、工廠方法模式vs簡單工廠模式

特性	工廠方法模式	簡單工廠模式
核心思想	通過子類延遲實例化到具體工廠	集中創建邏輯到單個工廠類
擴展性	符合開閉原則，新增產品只需添加子類	添加新產品需修改工廠類
復雜度	類數量較多，系統復雜度較高	結構簡單，適合產品較少場景
適用場景	產品族擴展頻繁，需動態選擇工廠	產品類型固定，創建邏輯簡單

三、Python實現工廠方法模式的三種方式

方式1：類方法工廠

利用@classmethod實現工廠方法，避免實例化工廠類：

class Animal:@classmethoddef factory(cls, animal_type):if animal_type == "dog":return Dog()elif animal_type == "cat":return Cat()else:raise ValueError("Invalid animal type")# 使用示例
animal = Animal.factory("dog")
print(animal.speak())  # 輸出：Woof!

方式2：抽象基類強制實現

通過abc模塊強制子類實現工廠方法：

from abc import ABC, abstractmethodclass AnimalFactory(ABC):@abstractmethoddef create(self):passclass DogFactory(AnimalFactory):def create(self):return Dog()# 客戶端代碼
factory = DogFactory()
animal = factory.create()

方式3：動態工廠映射

結合字典實現靈活映射關系：

class AnimalFactory:_factories = {"dog": Dog,"cat": Cat}@classmethoddef create(cls, animal_type):return cls._factories[animal_type]()# 使用示例
animal = AnimalFactory.create("cat")

四、工廠方法模式優缺點分析

? 優點

1. 解耦創建與使用
   客戶端無需知道具體類名，只需通過工廠接口獲取對象。

2. 符合開閉原則
   新增產品時，只需添加具體工廠和產品類，無需修改現有代碼。

3. 支持多態性
   不同工廠可返回同一接口的不同實現，便于替換實現邏輯。

? 缺點

1. 類數量膨脹
   每新增一個產品需對應一個工廠類，增加系統復雜度。

2. 抽象層引入
   過度使用可能導致代碼可讀性下降，需權衡設計復雜度。

五、實際應用場景

1. 框架開發
   Django框架中的表單和模型字段創建：

   from django import formsclass CustomForm(forms.Form):name = forms.CharField()# 工廠方法動態生成字段
   def field_factory(field_type):if field_type == "text":return forms.CharField()elif field_type == "email":return forms.EmailField()
   

2. 插件系統
   為不同插件提供統一創建接口：

   class Plugin:@abstractmethoddef load(self):passclass ImagePlugin(Plugin):def load(self):print("Loading image plugin")class VideoPlugin(Plugin):def load(self):print("Loading video plugin")class PluginFactory:@staticmethoddef create(plugin_type):if plugin_type == "image":return ImagePlugin()elif plugin_type == "video":return VideoPlugin()
   

3. 日志系統
   根據配置動態創建日志處理器：

   class Logger:@abstractmethoddef log(self, message):passclass FileLogger(Logger):def log(self, message):with open("log.txt", "a") as f:f.write(message)class ConsoleLogger(Logger):def log(self, message):print(message)class LoggerFactory:@staticmethoddef get_logger(logger_type):if logger_type == "file":return FileLogger()else:return ConsoleLogger()
   

六、總結

工廠方法模式通過抽象工廠和具體工廠的分離，為對象創建提供了靈活的擴展機制。在Python中，可結合@classmethod、抽象基類（abc模塊）或字典映射等方式實現。其核心價值在于將對象創建邏輯封裝到獨立模塊，降低系統耦合度，特別適用于產品類型可能動態擴展的場景。

實踐建議：當系統需要頻繁添加新產品，且客戶端不關心具體實現時，優先使用工廠方法模式；若產品類型固定且數量較少，可考慮簡單工廠模式以降低復雜度。