實(shí)例講解Python設(shè)計(jì)模式編程之工廠方法模式的使用

工廠方法模式是簡單工廠模式的進(jìn)一步抽象和推廣，它不僅保持了簡單工廠模式能夠向客戶隱藏類的實(shí)例化過程這一優(yōu)點(diǎn)，而且還通過多態(tài)性克服了工廠類過于復(fù)雜且不易于擴(kuò)展的缺點(diǎn)。在工廠方法模式中，處于核心地位的工廠類不再負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體的創(chuàng)建工作交由子類去完成。工廠方法模式中的核心工廠類經(jīng)過功能抽象之后，成為了一個(gè)抽象的工廠角色，僅負(fù)責(zé)給出具體工廠子類必須實(shí)現(xiàn)的接口，而不涉及哪種產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實(shí)例化這一細(xì)節(jié)。工廠方法模式的一般性結(jié)構(gòu)如下圖所示，圖中為了簡化只給出了一個(gè)產(chǎn)品類和一個(gè)工廠類，但在實(shí)際系統(tǒng)中通常需要設(shè)計(jì)多個(gè)產(chǎn)品類和多個(gè)工廠類。

工廠方法模式的實(shí)質(zhì)是將對象的創(chuàng)建延遲到其子類實(shí)現(xiàn)，即由子類根據(jù)當(dāng)前情況動態(tài)決定應(yīng)該實(shí)例化哪一個(gè)產(chǎn)品類。從上圖可以看出，工廠方法模式涉及到抽象工廠角色、具體工廠角色、抽象產(chǎn)品角色和具體產(chǎn)品角色四個(gè)參與者。

• 抽象工廠（Creator）角色　　是工廠方法模式的核心，它負(fù)責(zé)定義創(chuàng)建抽象產(chǎn)品對象的工廠方法。抽象工廠不能被外界直接調(diào)用，但任何在模式中用于創(chuàng)建產(chǎn)品對象的工廠類都必須實(shí)現(xiàn)由它所定義的工廠方法。
• 具體工廠（Concrete Creator）角色　　是工廠方法模式的對外接口，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建具體產(chǎn)品對象的內(nèi)部邏輯。具體工廠與應(yīng)用密切相關(guān)，可以被外界直接調(diào)用，創(chuàng)建所需要的產(chǎn)品。
• 抽象產(chǎn)品（Product）角色　　是工廠方法模式所創(chuàng)建的所有對象的父類，它負(fù)責(zé)描述所有具體產(chǎn)品共有的公共接口。
• 具體產(chǎn)品（Concrete Product）角色　　是工廠方法模式的創(chuàng)建目標(biāo)，所有創(chuàng)建的對象都是充當(dāng)這一角色的某個(gè)具體類的實(shí)例。

抽象工廠角色負(fù)責(zé)聲明工廠方法（factory method），用來"生產(chǎn)"抽象產(chǎn)品，以下是抽象工廠的示例性Python代碼：

 creator.py
class Creator:

""" 抽象工廠角色 """

# 創(chuàng)建抽象產(chǎn)品的工廠方法
def factoryMethod(self):
pass

具體工廠角色負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)具體產(chǎn)品的實(shí)例，并將其返回給調(diào)用者。具體工廠是與具體產(chǎn)品相關(guān)的，實(shí)現(xiàn)時(shí)一般常用的做法是為每個(gè)具體產(chǎn)品定義一個(gè)具體工廠。以下是具體工廠的示例性Python代碼：
concretecreator.py
class ConcreteCreator(Creator):
  """ 具體工廠角色 """    
# 創(chuàng)建具體產(chǎn)品的工廠方法
def factoryMethod(self):
product = ConcreteProduct()
return product

抽象產(chǎn)品角色的主要目的是為所有的具體產(chǎn)品提供一個(gè)共同的接口，通常只需給出相應(yīng)的聲明就可以了，而不用給出具體的實(shí)現(xiàn)。以下是抽象產(chǎn)品類的示例性Python代碼：
product.py
class Product:
  """ 抽象產(chǎn)品角色 """
    
# 所有產(chǎn)品類的公共接口
def interface(self):
pass

具體產(chǎn)品角色充當(dāng)最終的創(chuàng)建目標(biāo)，一般來講它是抽象產(chǎn)品類的子類，實(shí)現(xiàn)了抽象產(chǎn)品類中定義的所有工廠方法，實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常會具有比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。以下是具體產(chǎn)品類的示例性Python代碼：
concreteproduct.py
class ConcreteProduct(Product):
  """ 具體產(chǎn)品角色 """
     
# 公共接口的實(shí)現(xiàn)
def interface(self):
print "Concrete Product Method"
在應(yīng)用工廠方法模式時(shí)，通常還需要再引入一個(gè)客戶端角色，由它負(fù)責(zé)創(chuàng)建具體的工廠對象，然后再調(diào)用工廠對象中的工廠方法來創(chuàng)建相應(yīng)的產(chǎn)品對象。以下是客戶端的示例性Python代碼：
client.py
class Client:
  """ 客戶端角色 """
     
def run(self):
 creator = ConcreteCreator()
 product = creator.factoryMethod()
 product.interface()
# 主函數(shù)
if (__name__ == "__main__"):
 client = Client()
 client.run()

在這個(gè)簡單的示意性實(shí)現(xiàn)里，充當(dāng)具體產(chǎn)品和具體工廠角色的類都只有一個(gè)，但在真正的實(shí)際應(yīng)用中，通常遇到的都是同時(shí)會有多個(gè)具體產(chǎn)品類的情況，此時(shí)相應(yīng)地需要提供多個(gè)具體工廠類，每個(gè)具體工廠都負(fù)責(zé)生產(chǎn)對應(yīng)的具體產(chǎn)品。
工廠方法模式的活動序列如下圖所示，客戶端Client首先創(chuàng)建ConcreteCreator對象，然后調(diào)用ConcreteCreator對象的工廠方法factoryMethod()，由它負(fù)責(zé)"生產(chǎn)"出所需要的ConcreteProduct對象。

下面我們來看一個(gè)具體案例：
如果你開一家Pizza店（PizzaStore抽象類）賣各種風(fēng)味的Pizza（Pizza子類），那么你需要根據(jù)客戶要求準(zhǔn)備相應(yīng)的Pizza（創(chuàng)建Pizza對象），然后烘烤、切片、包裝；
最簡單的做法就是在PizzaStore中根據(jù)客戶要求（類型判斷）創(chuàng)建相應(yīng)的Pizza對象，然后調(diào)用Pizza自身（由Pizza抽象類實(shí)現(xiàn)）的烘烤、切片和包裝方法；
但這樣的代碼缺乏彈性，因?yàn)槟阕屢粋€(gè)抽象類去依賴具體的對象；我們可以創(chuàng)建一個(gè)工廠來生產(chǎn)Pizza，根據(jù)傳入的不同類型值返回不同Pizza對象，即從PizzaStore中將創(chuàng)建對象的代碼挪到工廠中。但這只是一個(gè)編程技巧，并不算模式。
在工廠方法模式中，我們在PizzaStore中定義一個(gè)抽象接口（create_pizza）作為抽象的工廠，而order_pizza是它的客戶；將Pizza對象的創(chuàng)建放到PizzaStore子類去解決。
現(xiàn)有Cheese和Clam兩款Pizza，以及NY和Chicago兩家分店，每家店的同款Pizza的口味不同——為迎合當(dāng)?shù)乜谖蹲隽烁倪M(jìn)，主要差別來自不同的原材料，因此我們實(shí)現(xiàn)四個(gè)Pizza類型（NYStyleCheesePizza、NYStyleClamPizza、ChicagoStyleCheesePizza和ChicagoStyleClamPizza），每種使用不同的原材料組合，根據(jù)客戶所在城市和選擇款式我們創(chuàng)建不同的對象；根據(jù)工廠方法，我們將對象創(chuàng)建的代碼放到PizzaStore子類去實(shí)現(xiàn)。
代碼：

#!/usr/bin/python
 
class Pizza:
 name = ""
 dough = ""
 sauce = ""
 toppings = []
 
 def prepare(self):
  print "Preparing %s" % self.name
  print " dough: %s" % self.dough
  print " sauce: %s" % self.sauce
  print " add toppings:"
  for n in self.toppings:
   print "  %s" % n
 
 def bake(self):
  print "Bake for 25 minutes at 350."
 
 def cut(self):
  print "Cutting into diagonal slices."
 
 def box(self):
  print "Put into official box."
 
 def get_name(self):
  return self.name
 
 
class PizzaStore:
 def order_pizza(self, pizza_type):
  self.pizza = self.create_pizza(pizza_type)
  self.pizza.prepare()
  self.pizza.bake()
  self.pizza.cut()
  self.pizza.box()
  return self.pizza
 
 def create_pizza(self, pizza_type):
  pass
 
 
class NYStyleCheesePizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "NY Style Cheese Pizza"
  self.dough = "NY Dough"
  self.sauce = "NY Sauce"
  self.toppings.append("NY toopping A")
  self.toppings.append("NY toopping B")
 
 
class ChicagoStyleCheesePizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "Chicago Style Cheese Pizza"
  self.dough = "Chicago Dough"
  self.sauce = "Chicago Sauce"
  sefl.toppings.append("Chicago toopping A")
 
 def cut(self):
  print "Cutting into square slices."
 
 
class NYStyleClamPizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "NY Style Clam Pizza"
  self.dough = "NY Dough"
  self.sauce = "NY Sauce"
  self.toppings.append("NY toopping A")
  self.toppings.append("NY toopping B")
 
 
class ChicagoStyleClamPizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "Chicago Style Clam Pizza"
  self.dough = "Chicago Dough"
  self.sauce = "Chicago Sauce"
  self.toppings.append("Chicago toopping A")
 
 def cut(self):
  print "Cutting into square slices."
 
 
class NYPizzaStore(PizzaStore):
 def create_pizza(self, pizza_type):
  if pizza_type == "cheese":
   return NYStyleCheesePizza()
  elif pizza_type == "clam":
   return NYStyleClamPizza()
  else:
   return None
 
 
class ChicagoPizzaStore(PizzaStore):
 def create_pizza(self, pizza_type):
  if pizza_type == "cheese":
   return ChicagoStyleCheesePizza()
  elif pizza_type == "clam":
   return ChicagoStyleClamPizza()
  else:
   return None
 
if __name__ == "__main__":
 ny_store = NYPizzaStore()
 chicago_store = ChicagoPizzaStore()
 
 pizza = ny_store.order_pizza("cheese")
 print "Mike ordered a %s." % pizza.get_name()
 print
 
 pizza = chicago_store.order_pizza("clam")
 print "John ordered a %s." % pizza.get_name()
 print
輸出：    
Preparing NY Style Cheese Pizza
 dough: NY Dough
 sauce: NY Sauce
 add toppings:
  NY toopping A
  NY toopping B
Bake for 25 minutes at 350.
Cutting into diagonal slices.
Put into official box.
Mike ordered a NY Style Cheese Pizza.
 
Preparing Chicago Style Clam Pizza
 dough: Chicago Dough
 sauce: Chicago Sauce
 add toppings:
  NY toopping A
  NY toopping B
  Chicago toopping A
Bake for 25 minutes at 350.
Cutting into square slices.
Put into official box.
John ordered a Chicago Style Clam Pizza.