🙊 前言：本文章为瑞_系列专栏之《23种设计模式》的工厂模式篇，主要介绍了简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。本文中的部分图和概念等资料，来源于博主学习设计模式的相关网站《菜鸟教程 | 设计模式》和《黑马程序员Java设计模式详解》，特此注明。本文中涉及到的软件设计模式的概念、背景、优点、分类、以及UML图的基本知识和设计模式的6大法则等知识，建议阅读 《瑞_23种设计模式_概述》

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1 什么是工厂模式

  工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一，这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式，而无需指定要创建的具体类。工厂模式在创建对象时提供了一种封装机制，将实际创建对象的代码与使用代码分离。

• 意图：定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

• 主要解决：主要解决接口选择的问题。

• 何时使用：我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。

• 如何解决：让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。

• 关键代码：创建过程在其子类执行。

• 应用实例：
    1️⃣ 您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。
    2️⃣ 在 Hibernate 中，如果需要更换数据库，工厂模式同样发挥了作用。只需简单地更改方言（Dialect）和数据库驱动（Driver），就能够实现对不同数据库的切换。

• 优点：
    1️⃣ 一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。
    2️⃣ 扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。
    3️⃣ 屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口（解耦）。

• 缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

• 使用场景：
    1️⃣ 日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。
    2️⃣ 数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。
    3️⃣ 设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，“POP3”、“IMAP”、“HTTP”，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。

• 注意事项：作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。

  瑞：在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有使用new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。
  如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦。如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的。所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

本文会介绍以下三种工厂的使用：

• 简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

案例

瑞：本案例为未使用工厂模式之前的设计和实现，主要用于区分使用设计模式前后的区别。

  需求：设计一个咖啡店点餐系统。

  设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

  具体类的设计如下（未使用简单工厂模式）：

案例代码

咖啡店（类）

/*** 咖啡店** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class CoffeeStore {public Coffee orderCoffee(String type) {// 声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象Coffee coffee = null;if("american".equals(type)) {coffee = new AmericanCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();} else {throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}// 加配料coffee.addMilk();coffee.addSugar();return coffee;}
}

咖啡（抽象类）

/*** 咖啡抽象类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();// 加糖public void addSugar() {System.out.println("加糖");}// 加奶public void addMilk() {System.out.println("加奶");}
}

美式咖啡（类）

/*** 美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffee extends Coffee {public String getName() {return "美式咖啡";}
}

拿铁咖啡（类）

/*** 拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffee extends Coffee {public String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

测试类

/*** 测试类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class Client {public static void main(String[] args) {// 1.创建咖啡店类CoffeeStore store = new CoffeeStore();// 2.点咖啡Coffee coffee = store.orderCoffee("american");System.out.println(coffee.getName());}
}

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2 简单工厂模式（Simple Factory）

瑞：简单工厂不像是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。简单工厂模式适用于简单的场景和小型项目，而对于大型、复杂或需要高度可扩展性的系统，推荐使用工厂方法模式和抽象工厂模式

2.1 简单工厂模式的结构

  简单工厂包含如下角色：
    1️⃣ 抽象产品 ：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
    2️⃣ 具体产品 ：实现或者继承抽象产品的子类
    3️⃣ 具体工厂 ：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

2.2 案例改进——简单工厂模式

  点我跳转案例

  现在使用简单工厂对案例进行改进，类图如下：

  工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

  后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

2.3 案例改进代码实现

咖啡（抽象类）

/*** 咖啡类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();// 加糖public void addSugar() {System.out.println("加糖");}// 加奶public void addMilk() {System.out.println("加奶");}
}

简单咖啡工厂（类），用来生产咖啡

/*** 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class SimpleCoffeeFactory {public Coffee createCoffee(String type) {// 声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象Coffee coffee = null;if("american".equals(type)) {coffee = new AmericanCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();} else {throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}return coffee;}
}

美式咖啡（类）

/*** 美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffee extends Coffee {public String getName() {return "美式咖啡";}
}

拿铁咖啡（类）

/*** 拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffee extends Coffee {public String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

咖啡店（类）

/*** 咖啡店** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class CoffeeStore {public Coffee orderCoffee(String type) {SimpleCoffeeFactory factory = new SimpleCoffeeFactory();// 调用生产咖啡的方法Coffee coffee = factory.createCoffee(type);// 加配料coffee.addMilk();coffee.addSugar();return coffee;}
}

测试类

/*** 测试类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建咖啡店类对象CoffeeStore store = new CoffeeStore();Coffee coffee = store.orderCoffee("latte");System.out.println(coffee.getName());}
}

2.4 简单工厂模式优缺点

• 优点

  封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

• 缺点：

  增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

瑞：简单工厂模式通过将创建对象的逻辑封装在一个类中，可以避免在多个地方重复编写相同的代码，提高了代码的复用性。有利于以后的修改，因为如果要更换对象，只需要在工厂类中进行修改即可，不需要去修改所有使用new关键字创建对象的地方。由于违背了开闭原则，所以它更像是一种编程习惯，因为它涉及到创建对象的逻辑，这在大多数编程场景中都是常见的。

2.5 拓展——静态工厂

  在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {public static Coffee createCoffee(String type) {Coffee coffee = null;if("americano".equals(type)) {coffee = new AmericanoCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();}return coffe;}
}

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3 工厂方法模式（Factory Method）★★★

  针对简单工厂模式中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。

3.1 概念

  定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

3.2 结构

  工厂方法模式的主要角色：
    1️⃣ 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
    2️⃣ 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
    3️⃣ 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
    4️⃣ 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

3.3 案例改进——工厂方法模式

  点我跳转案例

  使用工厂方法模式对案例进行改进，类图如下：

  工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

3.4 案例改进代码实现

抽象工厂（接口）

/*** 抽象工厂** @author LiaoYuXing-Ray**/
public interface CoffeeFactory {// 创建咖啡对象的方法Coffee createCoffee();
}

美式咖啡工厂对象（类），专门用来生产美式咖啡

/*** 美式咖啡工厂对象，专门用来生产美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {public Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}
}

拿铁咖啡工厂对象（类），专门用来生产拿铁咖啡

/*** 拿铁咖啡工厂对象，专门用来生产拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {public Coffee createCoffee() {return new LatteCoffee();}
}

咖啡（抽象类）

/*** 咖啡抽象类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();// 加糖public void addSugar() {System.out.println("加糖");}// 加奶public void addMilk() {System.out.println("加奶");}
}

美式咖啡（类）

/*** 美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffee extends Coffee {public String getName() {return "美式咖啡";}
}

拿铁咖啡（类）

/*** 拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffee extends Coffee {public String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

咖啡店（类）

/*** 咖啡店** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class CoffeeStore {private CoffeeFactory factory;public void setFactory(CoffeeFactory factory) {this.factory = factory;}// 点咖啡功能public Coffee orderCoffee() {Coffee coffee = factory.createCoffee();// 加配料coffee.addMilk();coffee.addSugar();return coffee;}
}

瑞：从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

3.5 工厂方法模式优缺点

• 优点：
    1️⃣ 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程
    2️⃣ 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则

• 缺点：
    1️⃣ 每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度

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4 抽象工厂模式（Abstract Factory）

  上一章节介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、博主只写Java领域的博客等。

  这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类） 的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

  本章节要介绍的抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族，下图所示横轴是产品等级，也就是同一类产品；纵轴是产品族，也就是同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一个工厂。

4.1 概念

  是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

  抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

4.2 结构

  抽象工厂模式的主要角色如下：
    1️⃣ 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
    2️⃣ 具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
    3️⃣ 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
    4️⃣ 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。

4.3 案例需求变更——抽象工厂模式

  现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。

  所以这个案例现在可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

4.4 代码实现

抽象工厂（接口）

/*** 抽象工厂** @author LiaoYuXing-Ray**/
public interface DessertFactory {// 生产咖啡的功能Coffee createCoffee();// 生产甜品的功能Dessert createDessert();
}

咖啡（抽象类）

/*** 咖啡抽象类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();// 加糖public void addSugar() {System.out.println("加糖");}// 加奶public void addMilk() {System.out.println("加奶");}
}

甜品（抽象类）

/*** 甜品抽象类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Dessert {public abstract void show();
}

美式风味的甜品工厂（类）

/*** 美式风味的甜品工厂* - 生产美式咖啡和抹茶慕斯** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {public Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}public Dessert createDessert() {return new MatchaMousse();}
}

意大利风味甜品工厂（类）

/*** 意大利风味甜品工厂* - 生产拿铁咖啡和提拉米苏甜品** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {public Coffee createCoffee() {return new LatteCoffee();}public Dessert createDessert() {return new Tiramisu();}
}

美式咖啡（类）

/*** 美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffee extends Coffee {public String getName() {return "美式咖啡";}
}

拿铁咖啡（类）

/*** 拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffee extends Coffee {public String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

抹茶慕斯（类）

/*** 抹茶慕斯类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class MatchaMousse extends Dessert {@Overridepublic void show() {System.out.println("抹茶慕斯");}
}

提拉米苏（类）

/*** 提拉米苏类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class Tiramisu extends Dessert {@Overridepublic void show() {System.out.println("提拉米苏");}
}

测试类

/*** 测试类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class Client {public static void main(String[] args) {// 创建的是意大利风味甜品工厂对象
//         ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();// 获取拿铁咖啡和提拉米苏甜品Coffee coffee = factory.createCoffee();Dessert dessert = factory.createDessert();System.out.println(coffee.getName());dessert.show();}
}

瑞：使用抽象工厂模式，如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

4.5 抽象工厂模式优缺点

• 优点

  当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象

• 缺点

  当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改

4.6 抽象工厂模式使用场景

• 当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。
• 系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。
• 系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

  如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

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5 模式拓展

简单工厂 + 配置文件解除耦合 ★★★

瑞：可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

  示例：

  1️⃣ 第一步：定义配置文件（为了演示方便，使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties，如下图）

  可以参考如下配置，记得替换为你自己的全类名

american=com.ray.study.design_patterns.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.ray.study.design_patterns.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

  1️⃣ 第二步：改进工厂类

import java.io.InputStream;
import java.util.HashMap;
import java.util.Properties;
import java.util.Set;/*** 简单工厂 + 配置文件解除耦合** @author LiaoYuXing-Ray* @version 1.0* @createDate 2023/11/20 15:00**/
public class CoffeeFactory {// 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象进行存储// 1.定义容器对象存储咖啡对象private static final HashMap<String, Coffee> map = new HashMap<>();// 2.加载配置文件， 只需要加载一次static {// 2.1 创建Properties对象Properties p = new Properties();// 2.2 调用p对象中的load方法进行配置文件的加载// .class获取字节码对象，.getClassLoader()获取类加载器InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");try {p.load(is);// 从p集合中获取全类名并创建对象Set<Object> keys = p.keySet();for (Object key : keys) {String className = p.getProperty((String) key);// 通过反射技术创建对象Class<?> clazz = Class.forName(className);Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();// 将名称和对象存储到容器中map.put((String)key,coffee);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}// 根据名称获取对象public static Coffee createCoffee(String name) {return map.get(name);}
}

静态成员变量用来存储创建的对象（键存储的是名称，值存储的是对应的对象），而读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

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改进完成，以下代码和案例相同

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咖啡（抽象类）

/*** 咖啡抽象类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();// 加糖public void addSugar() {System.out.println("加糖");}// 加奶public void addMilk() {System.out.println("加奶");}
}

美式咖啡（类）

/*** 美式咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class AmericanCoffee extends Coffee {public String getName() {return "美式咖啡";}
}

拿铁咖啡（类）

/*** 拿铁咖啡** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class LatteCoffee extends Coffee {public String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

测试类

/*** 测试类** @author LiaoYuXing-Ray**/
public class Client {public static void main(String[] args) {Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("american");System.out.println(coffee.getName());System.out.println("=============");Coffee latte = CoffeeFactory.createCoffee("latte");System.out.println(latte.getName());}
}

JDK源码解析-Collection.iterator方法

  以下代码使用迭代器遍历集合，获取集合中的元素。而单列集合获取迭代器的方法就使用到了工厂方法模式

    public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Ray001");list.add("Ray002");list.add("Ray003");// 获取迭代器对象Iterator<String> it = list.iterator();// 使用迭代器遍历while(it.hasNext()) {String ele = it.next();System.out.println(ele);}}

  通过类图观察其使用的工厂方法模式结构

  分析：Collection接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口是抽象商品类，ArrayList类中的Itr内部类是具体的商品类。在具体的工厂类中iterator()方法创建具体的商品类的对象。

6 总结

  1️⃣常用：工厂方法模式 + 配置文件 进行解耦
  2️⃣简单工厂模式：类似解耦的编程习惯而已
  3️⃣工厂方法模式：是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。
  4️⃣抽象工厂模式：适用于同一产品族（较为固定的生产对象）中的场景

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本文是博主的粗浅理解，可能存在一些错误或不完善之处，如有遗漏或错误欢迎各位补充，谢谢

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