由淺入深學(xué)“工廠模式”

1、由淺入深學(xué)工廠模式”(1)2007-03-2517:131、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就要將這個東西都搞懂，就

2、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)備知識并不是工廠模式僅僅需要，因為我先講述工廠

3、模式，所以在學(xué)習(xí)工廠模式之前將這些問題提出。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BruceEckeI的ThinkinginC+ThinkinginJava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)一的方式進行處理。向上轉(zhuǎn)型帶

4、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,我們在此不做詳細討論。下面使用一個例子來示例向上轉(zhuǎn)型。publicclassBasepublicvoidTest()(OK);publicclassDerive:Baseprivatevoidbutton1_Click(objectsender,e)Baseb=newDerive。；();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

5、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)建對象的過程進行了抽象，也可以理解為將創(chuàng)建對象的過程進行了封裝，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。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DVDV

6、CDb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)用對象的方法進行播放的代碼：publicabstractclassVideoWiringpublicabstractstringPlayVideo。；publicclassVCD:VideoWiringpublicoverridestringPlayVideo()return正在播放播放VCD;publicclassDVD:VideoWiringpublicoverridestringPlayVideo()return正在播放播放

7、DVD;()；這樣的語句。privatevoidPlayVideo()DVDdvd=newDVD();();VCDvcd=newVCD();();但是我們在調(diào)要寫很多的類但是我們在調(diào)要寫很多的類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),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，就似F面是使用多態(tài)完成播放功能的代碼:privatevoidPlayVideo()VideoWiringvw;vw=newDVD();Play(vw);vw=newVCD();Play(vw);privatevoidPlay(VideoWiringvw)stringstr=();(str);無論是

8、什么影像家電產(chǎn)品，我們都可以使用一個統(tǒng)一的方式進行播放，即()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應(yīng)該更高些，應(yīng)該考慮怎樣達到良好的封裝效果，減少錯誤修改的機會。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、可擴展性和盡量少的修改量。廠模式，聽說它能夠?qū)崿F(xiàn)”的創(chuàng)建象播放功能那樣簡單、可擴展性和盡量少的修改量。廠模式，聽說它能夠?qū)崿F(xiàn)”統(tǒng)一。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，會給我們的系統(tǒng)帶來更大的哇！那該多好呀”。不要羨慕了，來看看簡單工簡單工廠模式我們使用簡單

9、工廠對上面的代碼繼續(xù)改進，根據(jù)上面的分析我們考慮對對象創(chuàng)建進行近一步的封裝。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：publicclassCreatepublicstaticVideoWiringfactory(stringVideoName)switch(VideoName)caseDVD:returnnewDVD();caseVCD:returnnewVCD();returnnull;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f

10、actory方法中使用了returnnewDVD();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VideoWiringvw=(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：privatevoidPlayVideo()VideoWiringvw=(DVD);();vw=(VCD);();DVDCredit+t卸匸亡oWin門q*+PlaVideo:tlnng_-DVDCredit+t卸匸亡oWin門q*+PlaVideo:tlnn

11、g_-vco*ConLret?FrodrjGt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)一的接口，也是工廠類要返回的類型。具體產(chǎn)品(ConcreteProduct)：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

12、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廠模式推廣到一般的情況，它的類圖如下所示：呼11十1M1.flVCDOVO在有名的00D的設(shè)計原則中有一個叫做里氏代換原則(LiskovSubstitutionPrinciple,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。工廠方法有了簡單工廠模式后，

13、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行一種擴展。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（theOpenClosedPrincipleOCP:在面向?qū)ο笤O(shè)計中，如何通過很小

14、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)注的問題。開閉原則就是一個軟件實體在擴展性方面應(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)當使這個模塊可以在不被修改的前提下被擴展。通過擴展已有的軟件系統(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。因此在進行面向?qū)ο笤O(shè)計時要盡量考慮接口封裝機制、抽象機制和多態(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，當有新的產(chǎn)品的時候不易擴展。在開閉原則的

15、指導(dǎo)下我們考慮如何重新修改前邊的設(shè)計，我們要盡量使用抽象機制和多態(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”。F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。publicabstractclassCreatepublicabstractVideoWiringfactory。；publicclassDVDCreate:CreatepublicoverrideVide

16、oWiringfactory。returnnewDVD();publicclassVCDCreate:CreatepublicoverrideVideoWiringfactory()returnnewVCD();MP4的時候如何處理。MP4的時候如何處理。下面我們考慮需要擴展一個新的產(chǎn)品privatevoidPlayVideo()VideoWiringdvd,vcd;CreatedvdCreate,vcdCreate;dvdCreate=newDVDCreate();dvd=();Play(dvd);vcdCreate=newVCDCreate();vcd=();Play(vcd);帕cftj

17、”VideoWlrrng帕cftj”VideoWlrrngDVDCieateVCDCrete-MP4Create-+factoiyVid&oWiring+tacJflrv：VideaWifing1-fl+fadoiyVideoWiring-ITD.DVDVCDhl尸4+Flaj?Video:string+Flaiy/ideostring*FlayVide：Jtring我們來看看增加的代碼：publicclassMP4Create:CreatepublicoverrideVideoWiringfactory。returnnewMP4();publicclassMP4:VideoWiringpub

18、licoverridestringPlayVideo()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行擴展系統(tǒng)便有了MP4這個產(chǎn)品的功能。privatevoidPlayVideo()VideoWiringdvd,vcd;CreatedvdCreate,vcdCreate;dvdCreate=newDVDCreate();dvd=();Play(dvd);vcdCreate=newVCDCreate();vcd=();Play(vcd);/下面是新增的代碼VideoWiringmp4;Createmp4Create;mp4Create=

19、newMP4Create();mp4=();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:=ptnrj7尸詔仃；rcd1Pr.jdijct：.lPjUl.L-nH、:-nH、:m抻iTiwCraatesfrodtucl4wi7W帽科Creator丄打七匚cncrerecrfdiori+ConetelePrcxiuctl+CUlLbr,iyjUxL2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(ConcreteCreator)：具體工廠包含與應(yīng)用密切

20、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責所有的產(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，僅負責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)當被實例化這種細

21、節(jié)。這種進一步抽象化的結(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新的產(chǎn)品。抽象工廠模式我們繼續(xù)對影像家電產(chǎn)品的情形進行分析，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)DVDVCD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)。當我們考慮了這些問題后，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

22、們對這個問題進行進一步的研究、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DVDVCD,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，LGDVDTCLDVD是兩個具體的類。VCD和DVD類似。有一個抽象的工廠Create,從它派生了兩個具體的類TCLCreateLGCreateCreate中提供了兩個抽象方

23、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TCLCreateLGCreate中實現(xiàn)這兩個方法。這樣TCLCreate就可以創(chuàng)建自己的DVDVCD,同樣LGCreate也可以傳經(jīng)自己的產(chǎn)品。F面是代碼結(jié)構(gòu):publicabstractclassCreatepublicabstractDVDfactoryDVD();publicabstractVCDfactoryVCD();publicclassLGCreate:CreatepublicoverrideDVDfactoryDVD()returnnewLGDVD();publicoverrid

24、eVCDfactoryVCD()returnnewLGVCD();publicclassTCLCreate:CreatepublicoverrideDVDfactoryDVD()returnnewTCLDVD();publicoverrideVCDfactoryVCD()returnnewTCLVCD();publicabstractclassDVDpublicabstractstringPlayVideo();publicclassLGDVD:DVDpublicoverridestringPlayVideo()returnLG的DVD在播放“publicclassTCLDVD:DVDpubl

25、icoverridestringPlayVideo()returnTCL的DVD正在播放;publicabstractclassVCDpublicabstractstringPlayVideo();publicclassLGVCD:VCDpublicoverridestringPlayVideo()returnLG的VCD正在播放;publicclassTCLVCD:VCDpublicoverridestringPlayVideo()returnTCL的VCD正在播放;客戶端使用抽象工廠代碼如下：privatevoidbutton1_Click(objectsender,e)CreateTCL,LG;TCL=newTCLCreate();LG=newLGCreate();PlayDVD(TCL);/輸岀“TC的DVD在播放”PlayDVD(LG);/輸岀“LG勺DVD在播放”privatevoidPlayDVD(Createcreate)DVDdvd=();();下面將抽象工廠模式推廣到一般情況，它的類圖如下所示:interfaceOa?tor+facioryA:RoductA+fadoryBFroducIBinterfacePiwiuctAConcre(Creator111+factoryA:PrOductAConoreteCreator2+fctoryBProdu