详解设计模式中的工厂方法模式在Python程序中的运用

 更新时间:2016年03月02日 10:01:36   作者:Blue Wish  
这篇文章主要介绍了设计模式中的工厂方法模式在Python程序中的运用,工厂方法模式主张程序在设计时要可以根据不同的条件生成各种类的实例,需要的朋友可以参考下

工厂方法(Factory Method)模式又称为虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式,属于类的创建型模式。在工厂方法模式中,父类负责定义创建对象的公共接口,而子类则负责生成具体的对象,这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成,即由子类来决定究竟应该实体化哪一个类。
在简单工厂模式中,一个工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置上,它知道每一个产品类的细节,并决定何时哪一个产品类应当被实例化。简单工厂模式的优点是能够使客户端独立于产品的创建过程,并且在系统中引入新产品时无需对客户端进行修改,缺点是当有新产品要加入到系统中时,必须对工厂类进行修改,以加入必要的处理逻辑。简单工厂模式的致命弱点就是处于核心地位的工厂类,因为一旦它无法确定要对哪个类进行实例化时,就无法使用该模式,而工厂方法模式则可以很好地避免这一问题。
考虑这样一个应用程序框架(Framework),它可以用来浏览各种格式的文档,如TXT、DOC、PDF、HTML等,设计时为了让软件的体系结构能够尽可能地通用,定义了Application和Document这两个抽象父类,客户必须通过它们的子类来处理某一具体类型的文档。例如,要想利用该框架来编写一个PDF文件浏览器,必须先定义PDFApplication和PDFDocument这两个类,它们应该分别继承于Application和Document。
Application的职责是对Document进行管理,并且在需要时创建它们,比如当用户从菜单中选择Open或者New的时候,Application就要负责创建一个Document的实例。显而易见,被实例化的特定Document子类是与具体应用相关的,因此Application无法预测哪个Document的子类将被实例化,它只知道一个新的Document何时(When)被创建,但并不知道哪种(Which)具体的Document将被创建。此时若仍坚持使用简单工厂模式会出现一个非常尴尬的局面:框架必须实例化类,但它只知道不能被实例化的抽象类。
解决的办法是使用工厂方法模式,它封装了哪一个Document子类将被创建的信息,并且能够将这些信息从框架中分离出来。如图1所示,Application的子类重新定义了Application的抽象方法createDocument(),并返回某个恰当的Document子类的实例。我们称createDocument()是一个工厂方法(factory method),因为它非常形象地描述了类的实例化过程,即负责"生产"一个对象。

20163295917069.png (603×257)

简单说来,工厂方法模式的作用就是可以根据不同的条件生成各种类的实例,这些实例通常属于多个相似的类型,并且具有共同的父类。工厂方法模式将这些实例的创建过程封装了起来,从而简化了客户程序的编写,并改善了软件体系结构的可扩展性,使得将来能够以最小的代价加入新的子类。工厂方法这一模式适合在如下场合中运用:
当无法得知必须创建的对象属于哪个类的时候,或者无法得知属于哪个类的对象将被返回的时候,但前提是这些对象都符合一定的接口标准。
当一个类希望由它的子类来决定所创建的对象的时候,其目的是使程序的可扩展性更好,在加入其他类时更具弹性。
当创建对象的职责被委托给多个帮助子类(helper subclass)中的某一个,并且希望将哪个子类是代理者这一信息局部化的时候。
需要说明的是,使用工厂方法模式创建对象并不意味着一定会让代码变得更短(实事上往往更长),并且可能需要设计更多的辅助类,但它的确可以灵活地、有弹性地创建尚未确定的对象,从而简化了客户端应用程序的逻辑结构,并提高了代码的可读性和可重用性。

拿一个动物工厂来举例说明

class Animal(object):
  def eat(self, food):
    raise NotImplementedError()

class Dog(Animal):
  def eat(self, food):
    print '狗吃', food

class Cat(Animal):
  def eat(self, food):
    print '猫吃', food

class AnimalFactory(object):
  def create_animal(self):
    raise NotImplementedError()

class DogFactory(Animal):
  def create_animal(self):
    return Dog()

class CatFactory(AnimalFactory):
  def create_animal(self):
    return Cat()

def client():
  animal_factory = DogFactory()
  animal = animal_factory.create_animal()
  animal.eat('肉骨头')

  animal_factory = CatFactory()
  animal = animal_factory.create_animal()
  animal.eat('鱼骨头')

下面是简单工厂模式的实现:

class Animal(object):
  def eat(self, food):
    raise NotImplementedError()

class Dog(Animal):
  def eat(self, food):
    print '狗吃', food

class Cat(Animal):
  def eat(self, food):
    print '猫吃', food

def create_animal(name):
  if name == 'dog':
    return Dog()
  elif name == 'cat':
    return Cat()

def client():
  animal = create_animal('dog')
  animal.eat('肉骨头')
  animal = create_animal('cat')
  animal.eat('鱼骨头')

看起来工厂方法模式要复杂很多啊,也没觉得比简单工厂模式有什么好处,为什么还要用工厂方法模式呢? 简单工厂模式的优点很明显,工厂函数封装了逻辑判断,客户端使用负担要小很多。相应的问题也很明显,要增加新的产品类型,就需要修改工厂函数,这违背了开闭原则。 但是工厂方法模式似乎绕了一圈又回到原始时代了,下面写不就行了吗,何必外面套一层Factory:

class Animal(object):
  def eat(self, food):
    raise NotImplementedError()

class Dog(Animal):
  def eat(self, food):
    print '狗吃', food

class Cat(Animal):
  def eat(self, food):
    print '猫吃', food
def client():
  dog = Dog()
  dog.eat('肉骨头')

  cat = Cat()
  cat.eat('鱼骨头')

工厂方法模式,对于需要做强类型检查的语言比如Java、C++等在组织代码时是有好处的。对于Python这种动态语言来说,感觉体现不出太多价值,或许我还没有理解工厂方法模式的真谛。

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