由淺入深學(xué)工廠模式

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1、由淺入深學(xué)“工廠模式”(1) 2007-03-25 17:13 1、傳授設(shè)計模式中存在的問題 　　我個人最近對設(shè)計模式中的工廠模式進(jìn)行了比較深入的學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)感悟出，現(xiàn)在很多設(shè)計模式傳道者，在講述設(shè)計模式的過程中存在一些問題，使得設(shè)計模式變得很難理解。設(shè)計模式本身很抽象，但是這些傳道者在講述的過程中，將一個抽象的東西講的更抽象，從而使我們望而卻步。有些人在講述的時候，沒有考慮讀者的注意力。比如我在看《C#設(shè)計模式》的時候，在講述抽象工廠模式的時候，直接就進(jìn)入了一個示例，而且這個例子比較復(fù)雜，涉及了比較多的概念、術(shù)語，而且還有算法要處理。但是這些和要講述的核心內(nèi)容無關(guān)，我想要看懂他的示例

2、就要將這個東西都搞懂，就分散了我的注意力。我個人總結(jié)，學(xué)習(xí)設(shè)計模式的方法是，首先找到一個突破口，比如可以先學(xué)習(xí)構(gòu)造型模式中簡單的模式，將它理解、熟練應(yīng)用。通過對一、兩個模式有一個深入的認(rèn)識之后，再學(xué)習(xí)其它比較復(fù)雜一點的模式就容易多了，這是一種迭代的思想在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。另外學(xué)習(xí)任何一種設(shè)計模式的過程應(yīng)該是具體－抽象－再具體這個的一個過程。這句話的意思是首先通過一個比較具體一點的例子來幫助理解設(shè)計模式，在理解之后將你的理解擴(kuò)展到解決這一類問題，上升到一定的理論高度。然后就是再到具體，也就是應(yīng)用設(shè)計模式，應(yīng)用理論解決自己遇到的實際問題。 2、學(xué)習(xí)工廠模式的預(yù)備知識： 　　首先聲明這些預(yù)備知識

3、并不是工廠模式僅僅需要，因為我先講述工廠模式，所以在學(xué)習(xí)工廠模式之前將這些問題提出。 2.1 Upcasting： 　　Upcasting中文翻譯有好幾個，比如向上類型轉(zhuǎn)換、向上轉(zhuǎn)型、上溯造型。我個人比較喜歡向上轉(zhuǎn)型這個翻譯，即簡單又含義明確。向上轉(zhuǎn)型這個概念，我在Bruce Eckel的Thinking in c++、Thinking in Java中都看到過，我不是很確定這個概念是否是他提出來的。向上轉(zhuǎn)型是把一個派生類當(dāng)作它的基類使用。我們將一個更特殊的類型轉(zhuǎn)換到一個更常規(guī)的類型，這當(dāng)然是安全的。派生類是基類的一個超集。它可以包含比基類更多的方法，但它至少包含了基類的方法。向上轉(zhuǎn)型給我

4、們帶來的好處就是我們可以將不同的派生通過一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行處理。向上轉(zhuǎn)型帶來的弊端就是我們向上轉(zhuǎn)型的過程會丟失派生類的接口。既然有向上轉(zhuǎn)型，也就有向下轉(zhuǎn)型即DownCasting，我們在此不做詳細(xì)討論。下面使用一個例子來示例向上轉(zhuǎn)型。 public class Base { public void Test() { MessageBox.Show("OK"); } } public class Derive:Base {} private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e) { Base b=new D

5、erive(); b.Test(); } 2.2 多態(tài) 　　我不敢想象離開了多態(tài)后的設(shè)計模式是一個什么樣子。什么是多態(tài)，我喜歡總結(jié)這樣一句話來回答這個問題，“一個接口，多種實現(xiàn)”。注意這里的接口不僅僅表示Interface關(guān)鍵字，是廣義上的接口。在C#中實現(xiàn)接口我們有兩種途徑，一種是借助繼承來實現(xiàn)，一種是借助Interface來實現(xiàn)。 3、工廠設(shè)計模式理論 3.1 概述 　　工廠模式具體包括了簡單工廠、工廠方法、抽象工廠，它們是按照從簡單到復(fù)雜的順序排列的，屬于設(shè)計模式中的創(chuàng)建型，其中簡單工廠并不屬于GOF的23中模式。但是它是理解其它的工廠模式的一個很好的基礎(chǔ)，所以很多人在講述

6、設(shè)計模式的時候會提到簡單工廠模式。創(chuàng)建型模式關(guān)注的是對象的創(chuàng)建，創(chuàng)建型模式將創(chuàng)建對象的過程進(jìn)行了抽象，也可以理解為將創(chuàng)建對象的過程進(jìn)行了封裝，作為客戶程序僅僅需要去使用對象，而不再關(guān)心創(chuàng)建對象過程中的邏輯。 3.2 不使用任何模式 　　我們現(xiàn)在有這樣的一個設(shè)計，影像家電（VideoWiring）包括了DVD、VCD。在基類VideoWiring中有PlayVideo方法，子類重載了這個方法。 　　我們?nèi)绾蝸碚{(diào)用PlayVideo進(jìn)行播放呢。我們可以看到下面的代碼可以實現(xiàn)。 　　下面是調(diào)用對象的方法進(jìn)行播放的代碼： public abstract class VideoWiring

7、{ public abstract string PlayVideo(); } public class VCD: VideoWiring { public override string PlayVideo() { return "正在播放播放VCD"; } } public class DVD: VideoWiring { public override string PlayVideo() { return "正在播放播放DVD"; } } dvd.PlayVideo();這樣的語句。 private void PlayVideo()

8、 { DVD dvd=new DVD(); MessageBox.Show(dvd.PlayVideo()); VCD vcd=new VCD(); MessageBox.Show(VCD.PlayVideo()); } 　　上面的代碼可以實現(xiàn)功能但是不好，為什么呢？類實現(xiàn)了多態(tài)，但是我們在調(diào)用的時候并沒有利用多態(tài)。如果我們有很多的影像家電產(chǎn)品，就需要寫很多的類似 　　下面是使用多態(tài)完成播放功能的代碼： private void PlayVideo() { VideoWiring vw; vw=new DVD(); Play(vw); vw=ne

9、w VCD(); Play(vw); } private void Play(VideoWiring vw) { string str=vw.PlayVideo(); MessageBox.Show(str); } 　　無論是什么影像家電產(chǎn)品，我們都可以使用一個統(tǒng)一的方式進(jìn)行播放，即vw.PlayVideo()。 　　我們再討論一下，上面的代碼存在的問題。雖然上的代碼很短，應(yīng)該不會有問題，但是我們定位的目標(biāo)應(yīng)該更高些，應(yīng)該考慮怎樣達(dá)到良好的封裝效果，減少錯誤修改的機(jī)會。我們自然的應(yīng)該考慮對象創(chuàng)建的問題了，能不能讓不同的影像家電產(chǎn)品的創(chuàng)建方式相同，而且這個創(chuàng)建過程對

10、使用者封裝，也就是說讓對象的創(chuàng)建象播放功能那樣簡單、統(tǒng)一。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，會給我們的系統(tǒng)帶來更大的可擴(kuò)展性和盡量少的修改量?！巴?！那該多好呀”?！安灰w慕了，來看看簡單工廠模式，聽說它能夠?qū)崿F(xiàn)”。 3.3 簡單工廠模式 　　我們使用簡單工廠對上面的代碼繼續(xù)改進(jìn)，根據(jù)上面的分析我們考慮對對象創(chuàng)建進(jìn)行近一步的封裝。使用一個類專門來完成對對象創(chuàng)建的封裝，這個類我們稱為工廠，因為它的作用很單一就生成出一個個的類。下面是一個工廠類的示例代碼： public class Create { public static VideoWiring factory(string VideoName)

11、{ switch(VideoName) { case "DVD": return new DVD(); case "VCD": return new VCD(); } return null; } } 　　這樣我們的客戶端代碼又可以更加有效簡潔了： 　　注意：在上面的兩段代碼示例中我們就已經(jīng)使用了向上轉(zhuǎn)型。首先注意在Create類的factory方法中使用了return new DVD();這樣的語句，但是這個函數(shù)的返回值卻是VideoWiring，它DVD類的基類。所以我們的客戶程序才可以使用VideoWiring vw=Create.factory

12、("DVD")這樣的語句。這樣客戶程序并不關(guān)心創(chuàng)建是如何完成的，以及創(chuàng)建的對象是什么，我們都可以調(diào)用基類統(tǒng)一的接口實現(xiàn)他們的功能。使用UML表示如下圖所示： private void PlayVideo() { VideoWiring vw=Create.factory("DVD"); vw.PlayVideo(); vw=Create.factory("VCD"); vw.PlayVideo(); } 　　角色說明： 　　工廠類（Creator）：根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯創(chuàng)建具體產(chǎn)品，由客戶程序直接調(diào)用。 　　抽象產(chǎn)品（Product）：作為具體產(chǎn)品的基類，提供統(tǒng)

13、一的接口，也是工廠類要返回的類型。 　　具體產(chǎn)品（Concrete Product）：工廠類真正要創(chuàng)建的類型。上圖中僅僅展示了一個具體產(chǎn)品，有多個產(chǎn)品的時候類似。 　　下面我們對簡單工廠模式進(jìn)行總結(jié)。使用簡單工廠的好處是： 　　1、充分利用了多態(tài)性不管什么具體產(chǎn)品都返回抽象產(chǎn)品。 　　2、充分利用了封裝性，內(nèi)部產(chǎn)品發(fā)生變化時外部使用者不會受到影響。 　　缺點是：如果增加了新的產(chǎn)品，就必須得修改工廠(Factory)。 　　抽象工廠模式可以向客戶端提供一個接口，使得客戶端在不必指定產(chǎn)品的具體類型的情況下，創(chuàng)建多個產(chǎn)品族中的產(chǎn)品對象。這就是抽象工廠模式的用意 　　我們將工

14、廠模式推廣到一般的情況，它的類圖如下所示： 　　在有名的OOD的設(shè)計原則中有一個叫做里氏代換原則(Liskov Substitution Principle, LSP)。它的實質(zhì)也就是講向上轉(zhuǎn)型。它的內(nèi)容是：任何接收父類型的地方，都應(yīng)當(dāng)能夠接收子類型，換句話說如果使用的是一個基類的話，那么一定適用于其子類，而且程序察覺不出基類對象和子類對象的區(qū)別。LSP是繼承復(fù)用的基石，只有當(dāng)派生類可以替換掉基類，軟件的功能不受到影響時，基類才能真正被復(fù)用。 3.4 工廠方法 　　有了簡單工廠模式后，已經(jīng)給我們帶來了一些好處，但是還存在一些問題，如果我們又多了一個影像家電產(chǎn)品MP4之后，我們可

15、以使MP4類從VideoWiring派生，但是卻要修改Create類的代碼使它能夠生產(chǎn)出MP4這個產(chǎn)品來。不好的地方就在于，我們每次多一個產(chǎn)品的時候都需要修改Create而不是保持原來的代碼不修改僅僅進(jìn)行一種擴(kuò)展。在Create類中修改不是每次都簡單的多一個Case語句就能夠解決問題。因為Create類中還封裝了創(chuàng)建對象的邏輯，有可能還需要修改這些邏輯。這就違反了面向?qū)ο笤O(shè)計中一個很重要的原則“開-閉”原則。 　　“開-閉”原則（the Open Closed Principle OCP）： 　　在面向?qū)ο笤O(shè)計中，如何通過很小的設(shè)計改變就可以應(yīng)對設(shè)計需求的變化，這是令設(shè)計者極為關(guān)注的問

16、題。開閉原則就是一個軟件實體在擴(kuò)展性方面應(yīng)該是開放的而在更改性方面應(yīng)該是封閉的。這個原則說的是，在設(shè)計一個模塊的時候，應(yīng)當(dāng)使這個模塊可以在不被修改的前提下被擴(kuò)展。通過擴(kuò)展已有的軟件系統(tǒng)，可以提供新的行為，以滿足對軟件的新需求，使變化中的軟件系統(tǒng)有一定的適應(yīng)性和靈活性。已有的軟件模塊，特別是最重要的抽象層模塊不能再修改，這就使得變化中的軟件系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定性和延續(xù)性。因此在進(jìn)行面向?qū)ο笤O(shè)計時要盡量考慮接口封裝機(jī)制、抽象機(jī)制和多態(tài)技術(shù)。 　　前邊設(shè)計（簡單工廠）中存在的問題就是它分裝了創(chuàng)建不同對象的邏輯，當(dāng)有新的產(chǎn)品的時候不易擴(kuò)展。在開閉原則的指導(dǎo)下我們考慮如何重新修改前邊的設(shè)計，我們要盡量使用

17、抽象機(jī)制和多態(tài)技術(shù)。我們放棄對創(chuàng)建不同對象的邏輯的封裝，也采用類似產(chǎn)品的方式，抽象出抽象工廠，具體工廠，具體工廠從抽象工廠派生，每個具體工廠中生產(chǎn)一種具體的產(chǎn)品。“太棒了，告訴你，你的這個想法就是工廠方法模式”。 　　下面使用工廠方法模式修改前邊的設(shè)計： 　　VideoWiring、DVD、VCD三個類的代碼和前邊的相同，下面我們看看在客戶端如何使用。 public abstract class Create { public abstract VideoWiring factory(); } public class DVDCreate: Create { publ

18、ic override VideoWiring factory() { return new DVD(); } } public class VCDCreate: Create { public override VideoWiring factory() { return new VCD(); } } 　　下面我們考慮需要擴(kuò)展一個新的產(chǎn)品MP4的時候如何處理。 private void PlayVideo() { VideoWiring dvd,vcd; Create dvdCreate,vcdCreate; dvdCreate=new

19、 DVDCreate(); dvd=dvdCreate.factory(); Play(dvd); vcdCreate=new VCDCreate(); vcd=vcdCreate.factory(); Play(vcd); } 　　我們來看看增加的代碼： public class MP4Create: Create { public override VideoWiring factory() { return new MP4(); } } public class MP4: VideoWiring { public over

20、ride string PlayVideo() { return "正在播放MP4"; } } 　　我們再看看客戶端代碼： MP4的時候沒有修改原來的代碼，而僅僅是對原來的功能進(jìn)行擴(kuò)展系統(tǒng)便有了MP4這個產(chǎn)品的功能。 private void PlayVideo() { VideoWiring dvd,vcd; Create dvdCreate,vcdCreate; dvdCreate=new DVDCreate(); dvd=dvdCreate.factory(); Play(dvd); vcdCreate=new VCDCreate();

21、vcd=vcdCreate.factory(); Play(vcd); //下面是新增的代碼 VideoWiring mp4; Create mp4Create; mp4Create=new MP4Create(); mp4=mp4Create.factory(); Play(mp4); } 　　我們可以看出使用了工廠方法模式后，很好的滿足了開閉原則，當(dāng)我們增加了一個新的產(chǎn)品 　　將工廠方法模式推廣到一般情況： 　　角色說明： 　　抽象工廠（Creator）：定義具體工廠的接口，所有的創(chuàng)建對象的工廠類都必須實現(xiàn)這些接口。 　　具體工廠(Concr

22、eteCreator)：具體工廠包含與應(yīng)用密切相關(guān)的邏輯。復(fù)雜創(chuàng)建具體的產(chǎn)品。 　　抽象產(chǎn)品(Product)：所有產(chǎn)品的基類。 　　具體產(chǎn)品(ConcreteProduct)：實現(xiàn)抽象產(chǎn)品申明的接口。工廠方法模式所創(chuàng)建的每個對象都是某個具體產(chǎn)品的實例。 　　工廠方法模式的用意是定義一個創(chuàng)建產(chǎn)品對象的工廠接口，將實際創(chuàng)建工作推遲到子類中。工廠方法模式是簡單工廠模式的進(jìn)一步抽象和推廣。由于使用了多態(tài)性，工廠方法模式保持了簡單工廠模式的優(yōu)點，而且克服了它的缺點。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負(fù)責(zé)所有的產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體創(chuàng)建的工作交給子類去做。這個核心類則成為了一個抽象工廠角色，僅負(fù)責(zé)

23、給出具體工廠子類必須實現(xiàn)的接口，而不接觸哪一個產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實例化這種細(xì)節(jié)。這種進(jìn)一步抽象化的結(jié)果，使這種工廠方法模式可以用來允許系統(tǒng)在不修改具體工廠角色的情況下引進(jìn)新的產(chǎn)品。 3.5 抽象工廠模式 　　我們繼續(xù)對影像家電產(chǎn)品的情形進(jìn)行分析，我們已經(jīng)可以使用工廠方法比較好的實現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)建，但是在以前的分析中我們并沒有考慮產(chǎn)品種類及生產(chǎn)廠家這樣的問題。就拿DVD來說TCL可以生產(chǎn)、LG也生產(chǎn)等等很多廠家都生產(chǎn)。DVD是產(chǎn)品種類中的一種，產(chǎn)品種類這個概念在有些書上稱為產(chǎn)品族。從另外一個角度來看TCL可以生產(chǎn)DVD、VCD等等很多產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在一起就可以構(gòu)成一個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。當(dāng)我們考慮了這些問

24、題后，提出了兩個概念：產(chǎn)品種類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。我們在工廠方法中討論的是一個個單一的產(chǎn)品的創(chuàng)建，如果我們對這個問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究、拓展，就應(yīng)該從單一的產(chǎn)品過度到多個產(chǎn)品種類，在工廠方法中我們考慮DVD是一個單一的產(chǎn)品，現(xiàn)在我們認(rèn)為DVD是一個產(chǎn)品種類，有TCL生產(chǎn)的DVD，有LG生產(chǎn)的DVD，VCD是另一個產(chǎn)品種類，有TCL生產(chǎn)的VCD，有LG生產(chǎn)的VCD。就這個問題我們重新分析，有兩個產(chǎn)品種類分別是DVD、VCD，有兩個工廠是TCL和LG，它們分別生產(chǎn)DVD和VCD。我們使用下面的類圖來表示： 　　DVD是抽象類它提供統(tǒng)一的接口，LGDVD、TCLDVD是兩個具體的類。VCD和DVD類似。

25、有一個抽象的工廠Create，從它派生了兩個具體的類TCLCreate、LGCreate。Create中提供了兩個抽象方法factoryDVD和factoryVCD它們提供了兩個接口，用于創(chuàng)建DVD產(chǎn)品和VCD產(chǎn)品。在TCLCreate、LGCreate中實現(xiàn)這兩個方法。這樣TCLCreate就可以創(chuàng)建自己的DVD、VCD，同樣LGCreate也可以傳經(jīng)自己的產(chǎn)品。 　　下面是代碼結(jié)構(gòu)： public abstract class Create { public abstract DVD factoryDVD(); public abstract VCD factoryVCD();

26、 } public class LGCreate: Create { public override DVD factoryDVD() { return new LGDVD(); } public override VCD factoryVCD() { return new LGVCD(); } } public class TCLCreate: Create { public override DVD factoryDVD() { return new TCLDVD(); } public override VCD factoryVCD() {

27、 return new TCLVCD(); } } public abstract class DVD { public abstract string PlayVideo(); } public class LGDVD: DVD { public override string PlayVideo() { return "LG的DVD在播放"; } } public class TCLDVD: DVD { public override string PlayVideo() { return "TCL的DVD正在播放"; } } publi

28、c abstract class VCD { public abstract string PlayVideo(); } public class LGVCD: VCD { public override string PlayVideo() { return "LG的VCD正在播放"; } } public class TCLVCD: VCD { public override string PlayVideo() { return "TCL的VCD正在播放"; } } 　　客戶端使用抽象工廠代碼如下： private void button1_Cl

29、ick(object sender, System.EventArgs e) { Create TCL,LG; TCL=new TCLCreate(); LG=new LGCreate(); PlayDVD(TCL); //輸出“TCL的DVD在播放” PlayDVD(LG); //輸出“LG的DVD在播放” } private void PlayDVD(Create create) { DVD dvd=create.factoryDVD(); MessageBox.Show(dvd.PlayVideo()); } 　　下面將抽象工廠模式推廣到一般情況，

30、它的類圖如下所示： 　　抽象工廠：提供所有具體工廠的接口，與應(yīng)用系統(tǒng)的具體商業(yè)邏輯無關(guān)?；旧蠟槊恳粋€產(chǎn)品種類提供一個創(chuàng)建方法。 　　具體工廠：具體負(fù)責(zé)創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中每個產(chǎn)品。它包含了創(chuàng)建不同產(chǎn)品的商業(yè)邏輯。它實現(xiàn)抽象工廠中的接口。 　　抽象產(chǎn)品：定義產(chǎn)品的共同接口。 　　具體產(chǎn)品：是客戶需要創(chuàng)建的具體對象。 　　在工廠方法中每個工廠負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個產(chǎn)品，在抽象工廠中每個工廠創(chuàng)建一系列產(chǎn)品。在上面舉例中使用TCL、LG這樣的實際的工廠，在實際的應(yīng)用中，往往是我們根據(jù)產(chǎn)品抽象了類，它們主要負(fù)責(zé)一系列產(chǎn)品的創(chuàng)建，將這些負(fù)責(zé)抽象工廠的類稱為具體工廠，從這些具體工廠更進(jìn)一步進(jìn)行抽象，抽象出的工廠稱為抽象工廠。下面我們看看抽象工廠模式的擴(kuò)展。 　　抽象工廠的擴(kuò)展包括了新增一個產(chǎn)品種類及新增一個工廠。當(dāng)在現(xiàn)有的抽象產(chǎn)品下添加新的具體產(chǎn)品時我們僅僅需要增加一個新的工廠就可以。比如現(xiàn)在有了Haier（海爾）的DVD及VCD，我們很容易就實現(xiàn)擴(kuò)展，而且也滿足了“開閉原則”。如下圖所示： 　　當(dāng)我們有了一個新的產(chǎn)品的增加的時候，就不能很好的滿足“開閉原則”了，因為我們需要修改每個產(chǎn)出的方法從而是現(xiàn)有的工廠可以創(chuàng)建出新的產(chǎn)品。比如我們增加一個Mp4產(chǎn)品種類。