工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使得一个类的实例化延迟到其子类。通过使用工厂方法模式，可以将对象的创建过程与使用过程分离，从而提高代码的灵活性和可扩展性。
工厂方法模式的结构
工厂方法模式主要包括以下几个角色：
- 抽象产品（Product）：定义产品的接口。
- 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品接口的具体产品类。
- 抽象工厂（Creator）：声明工厂方法，用于返回一个产品对象。可以定义一个工厂方法的默认实现。
- 具体工厂（ConcreteCreator）：实现抽象工厂接口，重定义工厂方法以返回一个具体产品实例。
示例
假设我们有一个日志系统，可以记录日志到控制台或文件。我们可以使用工厂方法模式来实现不同日志记录方式的选择和创建。
定义抽象产品和具体产品
from abc import ABC, abstractmethodclass Logger(ABC):@abstractmethoddef log(self, message: str):passclass ConsoleLogger(Logger):def log(self, message: str):print(f"Console: {message}")class FileLogger(Logger):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenamedef log(self, message: str):with open(self.filename, 'a') as f:f.write(f"File: {message}\n")
定义抽象工厂和具体工厂
class LoggerFactory(ABC):@abstractmethoddef create_logger(self) -> Logger:passclass ConsoleLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self) -> Logger:return ConsoleLogger()class FileLoggerFactory(LoggerFactory):def __init__(self, filename: str):self.filename = filenamedef create_logger(self) -> Logger:return FileLogger(self.filename)
使用工厂方法模式
def main():# 创建控制台日志记录器console_factory = ConsoleLoggerFactory()console_logger = console_factory.create_logger()console_logger.log("This is a console log message.")# 创建文件日志记录器file_factory = FileLoggerFactory("app.log")file_logger = file_factory.create_logger()file_logger.log("This is a file log message.")if __name__ == "__main__":main()
在这个示例中，Logger是抽象产品，ConsoleLogger和FileLogger是具体产品。LoggerFactory是抽象工厂，ConsoleLoggerFactory和FileLoggerFactory是具体工厂。通过工厂方法模式，我们可以灵活地选择和创建不同类型的日志记录器，而不需要修改客户端代码。
工厂方法模式的优缺点
优点
- 遵循开闭原则：可以在不修改现有代码的情况下增加新产品。
- 提高灵活性：可以根据需要在运行时选择和创建具体的产品。
- 封装对象创建过程：将对象的创建过程封装在工厂类中，减少了客户端代码的复杂性。
缺点
- 增加代码复杂性：引入更多的类和接口，增加了代码的复杂性。
- 难以管理：当产品种类增多时，可能会导致工厂类的数量增加，管理起来较为困难。
工厂方法模式的适用场景
- 创建对象需要较复杂的过程：对象的创建过程较为复杂，包含多个步骤或涉及多个依赖时，可以使用工厂方法模式。
- 需要灵活地创建不同类型的对象：根据不同的条件或环境，在运行时选择和创建不同类型的对象。
- 遵循开闭原则：需要在不修改现有代码的情况下增加新产品。
工厂方法模式与简单工厂模式的区别
- 简单工厂模式：由一个工厂类负责创建所有产品，工厂类通常包含一个静态方法，根据传入的参数来创建具体产品。简单工厂模式不符合开闭原则。
- 工厂方法模式：将对象创建的职责分散到多个具体工厂类中，每个具体工厂类负责创建一种具体产品。工厂方法模式符合开闭原则。
总结
工厂方法模式是一种创建型设计模式，通过定义一个用于创建对象的接口，将对象的创建过程延迟到子类，从而提高代码的灵活性和可扩展性。通过使用工厂方法模式，可以在不修改现有代码的情况下增加新产品，减少了代码耦合，提高了系统的可维护性。合理应用工厂方法模式，可以显著提升代码质量和设计水平。
