设计模式随笔（二）：工厂方法（Factory Method）

工厂方法（Factory Method）

 

作者：Will Lee，QQ：31940767，EMail：[e-mail]

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1          模式简介

工厂一般是搞生产的，方法是程序中的“操作”；工厂方法，是用于生产（对象）的操作？

这么简单，也能算作一种设计模式？？

 

上面的说法，其实只说了Factory Method的一半功效，还有一半：不是简单创建对象，Factory Method可以将创建对象的具体操作从父类延迟到子类。父类只是做做样子（声明一个创建对象的接口），告诉客户程序（Client）：我能创建XXX对象！其实偷偷将真正的创建操作都交由儿子去做……

 

如果你想动态的创建对象，如果你想让客户程序不依赖于具体对象（包括创建该具体对象的行为），说白一点，如果你想把创建具体对象的操作从父类延迟到子类，那么Factory Method是你的不二选择，^^

 

2          模式结构

Factory Method模式结构如图1所示：

 

 

图1 Factory Method模式结构

参与模式的角色有以下几个：

1.       Product产品：Client要使用的产品。有时候，同一类型的产品又分不同的具体类型（小类型），比如同样是自行车，也有山地车、公路车、中性车之分。为避免Client面对这些五花八门的具体类手忙脚乱，此处对产品进行抽象，Client仅面向抽象Product类，并不需要了解具体Product类细节，这样Client和具体产品就没多大关系啦（专业上成为解耦，-__-）。

2.       Creator创建器，用于创建产品类对象。和Product一样的考虑，Creator也划分为抽象Creator和ConcreteCreator两个类层次，抽象Creator类声明创建产品的接口，ConcreteCreator去实现这些接口。

3.       Client客户：Product和Creator的客户程序。Client使用Creator创建Product，然后使用Product提供的功能操作。

 

3          核心思想

Factory Method可以用这样几句话来概括其核心思想：

抽象Creator创建抽象Product，具体Creator创建具体Product，客户不面向具体，统一面向抽象；

抽象Creator提供HOOK方法（即本文主人公：工厂方法），供具体Creator实现，实现的是具体产品的创建操作。

运行时刻，Client使用的其实是ConcreteCreator，创建的也是ConcreteProduct，但Client并不知道这些，她并不清楚使用的是哪个ConcreteCreator和ConcreteProduct，因为她仅理解抽象Creator接口和抽象Product接口。

 

Factory Method是OCP（Open-Closed Principle）和DIP（Dependence Inversion Principle）两大设计原则的完好应用（关于OCP和DIP，参见我关于面向对象设计原则写的一篇文章）。

 

4          实现关键点

使用C++实现Factory Method时，需要注意以下问题：

1.         如何定义Factory Method？

一般将Factory Method声明为虚函数（virtual function），并提供一种缺省实现：

class Creator

{

public:

Creator()

{

}

virtual ~Creator()

{

}

public:

virtual Product * CreateProduct()

{

    return NULL;

}

};

也可以将虚函数强化为纯虚函数，强制子类去实现该方法。

 

2.         如何减少Creator对象规模？

使用Factory Method，为了创建一个ConcreteProduct，通常就要创建一个对应的ConcreteCreator，这样会导致对象泛滥（Creator对象太多）。我们一般的对策是，给工厂方法提供一个参数（指明创建哪一种ConcreteProduct），让Factory Method能够创建多种具体的对象，以此减少ConcreteCreator对象开销。

 

3.         还有一种方法减少ConcreteCreator的代码书写规模：使用模板（代码复用的利器哦~）。

class Creator

{

public:

Creator()

{

}

virtual ~Creator()

{

}

public:

    virtual Product * CreateProduct() = 0;

};

 

template <typename TheProduct>

class ConcreteCreator : public Creator

{

public:

ConcreteCreator()

{

}

virtual ~ConcreteCreator()

{

}

public:

    virtual Product * CreateProduct();

};

 

template <typename TheProduct>

Product * ConcreteCreator<TheProduct>::CreateProduct()

{

    return new TheProduct;

}

这样，为一种新的ConcreteProduct定义一种ConcreteCreator的时候，就不用重新书写一个新类了，仅需要使用ConcreteCreator<typename TheProduct>实例化一个类即可。

 

模板并不能减少运行时刻对象的规模，它减少的仅是代码的写作规模和代码在内存中的存储开销。

 

5          相关设计模式

Abstract Factory、Template Method两种模式和Factory Method走的比较亲近，不过区分它们也很简单：

1.         Factory Method和Abstract Factory的区别：

简单的说，Abstract Factory使用并扩展了Factory Method。二者都可以将具体对象的创建从父类延迟到子类，只不过Factory Method是对单个类型产品的创建，而Abstract Factory则是对一系列（多种类型）产品对象的创建（参见后续我关于Abstract Factory的随笔）。

 

2.         Factory Method和Template Method的区别：

二者实现手法类似，但出发点不同。都是通过HOOK方法，将一些操作延迟到子类来完成，但Factory Method出发点是为了创建对象，延迟到子类实现的是对象创建操作，而Template Method则没有这样的限制，它延迟到子类的操作可以是任何类型的操作（参见我关于Template Method的论述），Template Method主要目的是代码复用。从代码复用这点来看，Template Method有点“从下到上”的意思，将公共操作迁移到父类实现，和Factory Method“从上到下”的设计思想迥异。

 

6          设计样例

代码样例在上述描述中体现的差不多了，仅需要大家结合自己行业的具体场景，套用而已。