什么是工廠方法模式？

工廠方法模式（Factory Method Pattern）是 創建型設計模式之一，目的是通過定義一個用于創建對象的接口，讓子類決定實例化哪個類。簡而言之，工廠方法模式通過延遲對象的創建過程到子類來減少代碼耦合，使得代碼更加靈活且易于擴展。

工廠方法模式的核心思想

• 工廠方法模式通過將對象的創建過程交給子類來實現解耦，這使得代碼更加靈活，能夠應對需求變化時的擴展。
• 客戶端不需要知道具體的類名，只需要通過工廠方法獲取所需的對象。
• 它是“簡單工廠模式”的擴展，解決了簡單工廠模式中單一工廠類引起的復雜性問題。

主要組成部分

工廠方法模式的實現通常包括以下幾個關鍵組件：

1. 產品（Product）：定義產品的接口，所有具體的產品類都實現該接口。
2. 具體產品（ConcreteProduct）：實現產品接口的具體類，代表某種具體的產品。
3. 工廠方法（Creator）：聲明工廠方法，返回一個產品對象。通常它是一個抽象類或接口。
4. 具體工廠（ConcreteCreator）：實現工廠方法，返回具體的產品對象。

工廠方法模式的代碼實現

為了幫助大家理解工廠方法模式，下面我們通過一個具體的例子來實現它。假設我們正在開發一個圖形繪制應用，支持不同類型的圖形（如圓形和方形）。我們將通過工廠方法來創建不同的圖形對象。

1. 定義產品接口

首先，我們定義一個 Shape 接口，所有的具體圖形類（如 Circle 和 Square）都需要實現這個接口。

from abc import ABC, abstractmethodclass Shape(ABC):@abstractmethoddef draw(self):pass

2. 創建具體產品類

接下來，我們創建兩個具體的產品類，Circle 和 Square，它們分別實現 Shape 接口。

class Circle(Shape):def draw(self):print("Drawing a Circle!")class Square(Shape):def draw(self):print("Drawing a Square!")

3. 定義工廠方法接口

然后，我們定義一個 ShapeFactory 接口，聲明一個 create_shape 方法，返回一個 Shape 對象。

class ShapeFactory(ABC):@abstractmethoddef create_shape(self) -> Shape:pass

4. 創建具體工廠類

接下來，我們創建兩個具體工廠類，CircleFactory 和 SquareFactory，它們分別負責創建 Circle 和 Square 對象。

class CircleFactory(ShapeFactory):def create_shape(self) -> Shape:return Circle()class SquareFactory(ShapeFactory):def create_shape(self) -> Shape:return Square()

5. 客戶端代碼

在客戶端代碼中，我們通過工廠方法來創建圖形對象，而不直接實例化具體類。

def draw_shape(factory: ShapeFactory):shape = factory.create_shape()shape.draw()# 客戶端代碼示例
circle_factory = CircleFactory()
draw_shape(circle_factory)square_factory = SquareFactory()
draw_shape(square_factory)

輸出

Drawing a Circle! 
Drawing a Square! 

工廠方法模式的優勢

1. 解耦對象創建和使用：客戶端不需要關心具體類的實現細節，而是通過工廠方法獲取所需對象，這減少了與具體類的依賴。
2. 擴展性強：新增產品類時，只需要添加新的具體工廠類，而不需要修改現有代碼，符合開閉原則。
3. 靈活性高：工廠方法模式使得客戶端代碼對具體類的依賴最小，提升了代碼的靈活性和可維護性。

工廠方法模式 vs 簡單工廠模式

盡管工廠方法模式和簡單工廠模式看起來類似，但它們在設計上有一些顯著的差異：

• 簡單工廠模式：一個工廠類負責創建所有類型的對象，客戶端通過傳遞參數來決定創建哪個具體類的實例。缺點是隨著產品種類增加，工廠類的代碼會變得復雜，不易維護。

• 工廠方法模式：每個具體工廠類負責創建一種特定類型的對象。客戶端不需要關心對象的創建過程，只需要使用工廠方法來獲取所需的對象。相比簡單工廠模式，工廠方法模式在產品增加時不會讓工廠類變得臃腫，代碼更加靈活和可擴展。

適用場景

工廠方法模式適合于以下場景：

• 產品類的創建過程復雜，且希望將創建過程封裝起來，減少客戶端與具體產品類的耦合。
• 不希望讓客戶端知道產品的具體類名，而是通過工廠方法獲取。
• 希望在產品種類增加時，能夠通過擴展工廠類來支持新的產品，而不是修改現有代碼。

總結

工廠方法模式是一個非常強大的設計模式，它通過將對象的創建過程委托給子類工廠，減少了代碼的耦合性，提高了系統的靈活性與可擴展性。它非常適合于產品種類不斷增加且每種產品創建邏輯不同的場景。

理解并掌握工廠方法模式，可以幫助開發者在面對日益復雜的系統時，編寫出更加靈活、可維護的代碼。