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学习设计模式《五》——工厂方法模式

一、基础概念

        工厂方法模式的本质是【延迟到子类来选择实现】;

        工厂方法模式的定义:定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类,FactoryMethod使一个类的实例化延迟到其子类 。

工厂方法模式的功能
序号说明
0工厂方法模式功能:是指让父类在不知道具体实现的情况下,完成自身的功能调用;而具体的实现延迟到子类来实现
1通常父类会是一个抽象类,里面包含创建所需对象的抽象方法,这些抽象方法就是工厂方法注意:子类在实现这些抽象方法的时候,通常并不是真正地由子类来实现具体的功能,
  而是在子类的方法里面做选择,选择具体的产品实现对象
2实现成具体的类(通常情况下需要具体的子类来决定要如何创建父类所需要的对象; 通过工厂方法,可以让子类对象来覆盖父类的实现,从而提供更好的灵活性)
3工厂方法的参数和返回(工厂方法的实现中,可能需要参数,以便决定到底选用哪一种具体的实现;  一般工厂方法返回的是被创建对象的接口对象,当然也可以是抽象类或者一个具体类的实例)
4谁来使用工厂方法创建对象(应该是Creator中的其他方法在使用工厂方法创建对象;客户端在使用Creator对象)
如何理解IOC/DI【IOC---InversionofControl 控制反转】【DI---Dependency Injection 依赖注入】
序号说明
1参与者都有谁?(一般有三方参与者:一个是某个对象(任意的普通对象);另一个是IOC/DI的容器(指用来实现IOC/DI功能的一个框架程序);最后一个是某个对象的外部资源)
2谁依赖于谁:当然是某个对象依赖于IOC/DI的容器
3为什么需要依赖:对象需要IOC/DI的容器来提供对象需要的外部资源
4谁注入于谁:IOC/DI的容器注入控制对象;
5到底注入什么:注入某个对象所需要的外部资源
6谁控制谁:当然是IOC/DI的容器来控制对象了
7控制什么:主要是控制对象实例的创建
8

为何叫反转:反转是相对于正向而言的,那什么算是正向的呢?(常规情况下的应用程序:

  如果A里面要使用C,你会怎么做?当然是直接创建C的对象【这种情况就被称为正向的】;
【那什么是反向呢?就是A类中不再主动获取C,而是被动的等待,等待IOC/DI的容器获取一个C的实例, 然后反向地注入到A类中】)

9依赖注入和控制反转是同一概念吗?(依赖注入和控制反转是对同一件事情的不同描述;
【依赖注入】是从应用程序的角度描述,即【应用程序依赖容器创建并注入它所需要的外部资源】;
【控制反转】是从容器的角度描述,即【容器控制应用程序,由容器反向地向应用程序注入其所需的外部资源】)
10工厂方法与IOC/DI的关系【工厂方法与IOC/DI的思想是相似的,都是主动变被动,进行了主从换位,从而获得了更灵活的程序结构】
工厂模式的优缺点
序号工厂模式的优点工厂模式的缺点
1

可以在不知具体实现的情况下编程

(若需要某个产品对象,只需要使用接口即可,无需关心具体实现,具体实现延迟到子类完成)

具体产品对象与工厂方法的耦合性(在工厂方法模式中,工厂方法是需要创建具体产品对象的实例,因此具体产品对象与工厂方法耦合)
2

更容易扩展对象的新版本

(工厂方法给子类提供了一个挂钩(钩子方法hook),使得扩展新对象版本变得非常容易)

3

连接平行的类层次

(工厂方法除了可以创造产品对象外,在连接平行的类层次上也容易) 

        参数化工厂方法:指通过给工厂方法传递参数,让工厂方法根据参数的不同来创建不同的产品对象

        何时选用工厂方法模式?

                1、如果一个类需要创建某个接口对象,但是又不知道具体的实现,可选择工厂方法模式,把创建对象工作延迟到子类实现;

                 2、如果一个类本身就希望由它的子类来创建所需对象的时候,就使用工厂方法  

二、工厂方法模式示例

        业务需求:实现一个导出数据的应用框架,来让客户选择数据的导出方式,并真正的执行数据导出(通常这种框架系统在导出数据上会有一些约定的方式,如:导出为文本格式、数据库格式、xml格式等)。

需求知识点分析:
        1、框架是什么?框架是能完成一定功能的半成品软件
        2、框架能做什么?能完成一定的功能,加快应用开发进度;给我们一个精良的程序架构
        3、对框架的理解(基于框架的开发,事情还是那些事情,这是看谁做的问题;虽然基于框架开发, 可以不去做框架所做的事情,但是应该明白框架在做什么,以及框架是如何实现相应功能的);

      4、框架和设计模式的关系:

                  《1》设计模式比框架更抽象(框架是已经实现出来的软件了,虽是半成品,但是已经实现了;但设计模式的重心是在解决问题的方案上,即思想层面);

                  《2》设计模式是比框架更小的体系结构元素(框架的目标很明确,就是要解决某个领域的某些问题,是很具体的功能;不同领域实现出来的框架不一样);

                  《3》框架比设计模式更加特例化(框架总是针对特定领域;  设计模式更加注重从思想是哪个、方法上解决问题,更加通用化);

 问题分析:

         1、需要实现导出数据的应用框架(即不管用户选择什么样的导出格式,最后打出的都是对应的文件;且系统并不知道究竟要导出成为什么样的文件;因此应该有一个统一的接口来描述系统最后生成的对象, 并操作输出的文件) 【所以第一步就是设计一个导出文件的接口并定义导出方法】  。               

         2、对于实现导出数据的业务功能对象,它应该根据需要来创建相应的导出接口实现对象,因此特定的导出实现与具体的业务相关的;但是对于实现导出数据的业务功能对象来说,它并不知道应该创建哪一个导出接口对象, 也不知道如何创建【即:对于实现导出数据业务的对象,它需要创建导出接口的具体对象,但它只知道导出接口却不知道其具体的实现,此时应该怎么办?】。

 2.1、典型的工厂方法示例 

1、定义一个导出内容的接口

/***
*	Title:"设计模式" 项目
*		主题:工厂方法
*	Description:
*	    业务需求:实现一个导出数据的应用框架,来让客户选择数据的导出方式,并真正的执行数据导出
*	                (通常这种框架系统在导出数据上会有一些约定的方式,如:导出为文本格式、数据库格式、xml格式等)
*	              
*	    需求知识点分析:
*	            1、框架是什么?(框架是能完成一定功能的半成品软件)
*	            2、框架能做什么?(能完成一定的功能,加快应用开发进度;给我们一个精良的程序架构)
*	            3、对框架的理解(基于框架的开发,事情还是那些事情,这是看谁做的问题;虽然基于框架开发,
*	                            可以不去做框架所做的事情,但是应该明白框架在做什么,以及框架是如何实现相应功能的)
*	            
*	            4、框架和设计模式的关系:
*	                《1》设计模式比框架更抽象(框架是已经实现出来的软件了,虽是半成品,但是已经实现了;但设计模式的重心是在解决问题的方案上,即思想层面)
*	                《2》设计模式是比框架更小的体系结构元素(框架的目标很明确,就是要解决某个领域的某些问题,是很具体的功能;不同领域实现出来的框架不一样)
*	                《3》框架比设计模式更加特例化(框架总是针对特定领域;  设计模式更加注重从思想是哪个、方法上解决问题,更加通用化)
*	            
*	    问题分析:
*	             1、需要实现导出数据的应用框架(即不管用户选择什么样的导出格式,最后打出的都是对应的文件;
*	               且系统并不知道究竟要导出成为什么样的文件;因此应该有一个统一的接口来描述系统最后生成的对象,
*	               并操作输出的文件) 【所以第一步就是设计一个导出文件的接口并定义导出方法】  
*	             2、对于实现导出数据的业务功能对象,它应该根据需要来创建相应的导出接口实现对象,因此特定的导出实现
*	                与具体的业务相关的;但是对于实现导出数据的业务功能对象来说,它并不知道应该创建哪一个导出接口对象,
*	                也不知道如何创建【即:对于实现导出数据业务的对象,它需要创建导出接口的具体对象,但它只知道导出接口
*	                却不知道其具体的实现,此时应该怎么办?】
*	                   
*	Date:2025
*	Version:0.1版本
*	Author:Coffee
*	Modify Recoder:***/using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出文件对象的接口/// </summary>internal interface IExportFile{//导出内容为文件bool Export(string data);}//Interface_end
}

2、继承导出内容接口实现具体的导出文件类 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为文本格式的对象/// </summary>internal class ExportTxtFile : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到文本文件");return true;}}//Class_end
}
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为数据库格式的对象/// </summary>internal class ExportDB : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到数据库中");return true;}}//Class_end
}

3、实现导出操作类

/***
*	Title:"设计模式" 项目
*		主题:工厂方法模式
*	Description:
*	    基础概念:工厂方法模式的本质是【延迟到子类来选择实现】
*	    工厂方法模式定义:定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类,FactoryMethod使一个类的实例化延迟到其子类
*	                   
*	    工厂方法模式的功能:是让父类在不知道具体实现的情况下,完成自身的功能调用;而具体的实现延迟到子类来实现;
*	            1、通常父类会是一个抽象类,里面包含创建所需对象的抽象方法,这些抽象方法就是工厂方法
*	                (注意:子类在实现这些抽象方法的时候,通常并不是真正地由子类来实现具体的功能,
*	                而是在子类的方法里面做选择,选择具体的产品实现对象)
*	            2、实现成具体的类(通常情况下需要具体的子类来决定要如何创建父类所需要的对象;
*	                通过工厂方法,可以让子类对象来覆盖父类的实现,从而提供更好的灵活性)
*	            3、工厂方法的参数和返回(工厂方法的实现中,可能需要参数,以便决定到底选用哪一种具体的实现;
*	                一般工厂方法返回的是被创建对象的接口对象,当然也可以是抽象类或者一个具体类的实例)
*	            4、谁来使用工厂方法创建对象(应该是Creator中的其他方法在使用工厂方法创建对象;客户端在使用Creator对象)    
*	    
*	    如何理解IOC/DI?【IOC---InversionofControl 控制反转】【DI---Dependency Injection 依赖注入】
*	            1、参与者都有谁?(一般有三方参与者:一个是某个对象(任意的普通对象);另一个是IOC/DI的容器
*	            (指用来实现IOC/DI功能的一个框架程序);最后一个是某个对象的外部资源)
*	            2、谁依赖于谁:当然是某个对象依赖于IOC/DI的容器
*	            3、为什么需要依赖:对象需要IOC/DI的容器来提供对象需要的外部资源
*	            4、谁注入于谁:IOC/DI的容器注入控制对象;
*	            5、到底注入什么:注入某个对象所需要的外部资源
*	            6、谁控制谁:当然是IOC/DI的容器来控制对象了
*	            7、控制什么:主要是控制对象实例的创建
*	            8、为何叫反转:反转是相对于正向而言的,那什么算是正向的呢?(常规情况下的应用程序:
*	                    如果A里面要使用C,你会怎么做?当然是直接创建C的对象【这种情况就被称为正向的】
*	                    【那什么是反向呢?就是A类中不再主动获取C,而是被动的等待,等待IOC/DI的容器获取一个C的实例,
*	                    然后反向地注入到A类中】)
*	            9、依赖注入和控制反转是同一概念吗?(依赖注入和控制反转是对同一件事情的不同描述;
*	                【依赖注入】是从应用程序的角度描述,即【应用程序依赖容器创建并注入它所需要的外部资源】
*	                【控制反转】是从容器的角度描述,即【容器控制应用程序,由容器反向地向应用程序注入其所需的外部资源】)
*	            10、工厂方法与IOC/DI的关系【工厂方法与IOC/DI的思想是相似的,都是主动变被动,进行了主从换位,从而获得了更灵活的程序结构】
*	     
*	     参数化工厂方法:指通过给工厂方法传递参数,让工厂方法根据参数的不同来创建不同的产品对象
*	     
*	     工厂方法模式的优点:
*	            1、可以在不知具体实现的情况下编程(若需要某个产品对象,只需要使用接口即可,无需关心具体实现,具体实现延迟到子类完成)
*	            2、更容易扩展对象的新版本(工厂方法给子类提供了一个挂钩(钩子方法hook),使得扩展新对象版本变得非常容易) 
*	            3、连接平行的类层次(工厂方法除了可以创造产品对象外,在连接平行的类层次上也容易) 
*	            
*	     工厂方法的缺点:
*	            1、具体产品对象与工厂方法的耦合性(在工厂方法模式中,工厂方法是需要创建具体产品对象的实例,因此具体产品对象与工厂方法耦合)
*	             
*	     何时选用工厂方法模式:
*	            1、如果一个类需要创建某个接口对象,但是又不知道具体的实现,可选择工厂方法模式,把创建对象工作延迟到子类实现;
*	            2、如果一个类本身就希望由它的子类来创建所需对象的时候,就使用工厂方法
*	             
*	Date:2025
*	Version:0.1版本
*	Author:Coffee
*	Modify Recoder:***/using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 实现导出数据的业务功能对象/// </summary>abstract class ExportOperate{//工厂方法,创建导出的接口对象protected abstract IExportFile FactoryMethod();//导出文件public bool Export(string data){//使用工厂方法IExportFile exportFile = FactoryMethod();return exportFile.Export(data);}}//Class_end
}

4、创建导出操作类的具体实现类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 具体的创建器实现对象,实现导出成本文本对象/// </summary>internal class ExportTxtFileOperate : ExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(){//创建导出为文本的对象return new ExportTxtFile();}}//Class_end
}
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 具体的创建器实现对象,实现创建导出数据库对象/// </summary>internal class ExportDBOperate : ExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(){//创建导出数据库对象return new ExportDB();}}//Class_end
}

5、客户端调用工厂方法测试

namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){FactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void FactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------工厂方法测试------");//创建需要使用的对象ExportOperate exportOperate = new ExportTxtFileOperate(); ;//调用导出方法exportOperate.Export("测试导出数据到文本文件");ExportOperate exportOperate2 =new ExportDBOperate();exportOperate2.Export("测试导出数据到数据库");}}//Class_end
}

运行结果如下:

 2.2、IOC/DI与工厂方法示例

定义消息通知的接口

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo
{internal interface IC{void Notify(string info);}//Interface_end
}

  2.2.1、IOC/DI示例

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo
{/// <summary>/// 我们需要再类A里面使用C,正常情况下我们是直接创建C的实例使用;/// 但我们让类A不在主动获取C,而是被动等待IOC/DI的容器获取一个C的实例,在注入到A类中/// </summary>internal class ClassA{//定义IC,但不实例化创建,等待被注入private IC c = null;public ClassA(IC c){//在这里等待IC对象实例的注入this.c = c;}public void Test(string info){//这里需要使用IC,但是并不主动实例化创建IC,直接从外部获取c.Notify(info);}}//Class_end
}

  2.2.2、工厂方法实现IOC/DI示例

1、创建具体类实现IC接口

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{/// <summary>/// 具体实现IC接口的报警类/// </summary>internal class Alarm : IC{public void Notify(string info){Console.WriteLine($"具体实现接口方法的C1类对象,内容是【{info}】");}}//Class_end
}

2、定义抽象方法作为接口操作(也就是工厂方法)

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{abstract class ICOperate{//定义一个抽象方法作为工厂protected abstract IC CreateC();//这里需要使用C,但是不知道用哪一个,就不主动创建C了,直接使用,然后让子类实现,客户端选择public void MSGNotify(string info){CreateC().Notify(info);}}//Class_end
}

 3、继承工厂方法的具体实现操作类

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{internal class AlarmMSGOpearte : ICOperate{protected override IC CreateC(){//直接在具体的报警消息操作里面使用对应的对象return new Alarm();}}//Class_end
}

4、客户端调用实现IOC/DI示例的测试工厂方法Demo

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){FactoryMethodDemoTest();Console.ReadLine();}private static void FactoryMethodDemoTest(){//直接使用C操作类实例化了具体的报警消息操作对象类ICOperate cOperate = new AlarmMSGOpearte();//调用消息通知方法cOperate.MSGNotify("测试消息");}}//Class_end
}

    运行结果如下:

  2.3、参数化工厂方法

 1、关于接口【IExportFile】与导出文本文件(ExportTxtFile)、数据库文件(ExportDB)内容都一样不变。

 2、定义参数化工厂的操作方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{internal class ParameterExportOperate{/// <summary>/// 导出文件/// </summary>/// <param name="type">对象导出的类型</param>/// <param name="data">需要保存的数据</param>/// <returns>true:表示导出成功</returns>public bool Export(int type,string data){IExportFile exportFile = FactoryMethod(type);return exportFile.Export(data);}/// <summary>/// 工厂方法,创建导出内容的接口对象/// </summary>/// <param name="type">对象导出类型</param>/// <returns></returns>protected virtual IExportFile FactoryMethod(int type){IExportFile exportFile = null;switch (type){case 1:exportFile = new ExportTxtFile();break;case 2:exportFile = new ExportDB();break;default:break;}return exportFile;}}//Class_end
}

 客户端调用该参数化工厂方法

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){ParameterFactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void ParameterFactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------参数化工厂方法测试------");//创建需使用的对象ParameterExportOperate parameterExportOperate = new ParameterExportOperate();//调用出书数据的功能方法parameterExportOperate.Export(1,"测试数据内容");parameterExportOperate.Export(2, "测试数据内容");}}//Class_end
}

运行结果如下:


3、扩展参数化工厂方法十分容易

《1》新增一个导出XML文件的方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为Xml格式的对象/// </summary>internal class ExportXml : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到XML文件中");return true;}}//Class_end
}

《2》定义一个类来拓展参数化导出操作类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{internal class ExtandParameterExportOperate:ParameterExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(int type){IExportFile exportFile = null;//可以全部覆盖重写,也可以直接添加类型实现拓展if (type == 3){exportFile = new ExportXml();}else{exportFile=base.FactoryMethod(type);}return exportFile;}}//Class_end
}

客户端调用该扩展的参数化工厂方法测试

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){ParameterFactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void ParameterFactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------参数化工厂方法测试------");//创建需使用的对象ParameterExportOperate parameterExportOperate = new ParameterExportOperate();//调用出书数据的功能方法parameterExportOperate.Export(1,"测试数据内容");parameterExportOperate.Export(2, "测试数据内容");Console.WriteLine("\n--使用拓展的方法--");ParameterExportOperate extandExportOperate = new ExtandParameterExportOperate();extandExportOperate.Export(1, "测试内容1");extandExportOperate.Export(2, "测试内容2");extandExportOperate.Export(3,"测试内容3");}}//Class_end
}

 运行结果如下:

三、项目源码工程

kafeiweimei/Learning_DesignPattern: 这是一个关于C#语言编写的基础设计模式项目工程,方便学习理解常见的26种设计模式https://github.com/kafeiweimei/Learning_DesignPattern

http://www.xdnf.cn/news/1442.html

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