工厂模式三剑客

五月 21, 2007

前不久参加了一个为期四天的设计模式培训，公司以前组织过很多次设计模式培训，主题多为'Java与设计模式'，自己一直从事C相关的开发，也就不好越界参与这类培训。而这次主题换成了'C++设计模式'，我参加也就名正言顺了。按照人力资源部工作人员的说法这是第一次请老师讲C++与设计模式，这个老师也是第一次给我们公司做培训，因为没有先例，无从知道效果如何，不像以前侯捷来公司培训C++，一般参与的同事都清楚那样的培训收获会很大，毕竟讲师水平很高啊。俗话说：要想能讲出一碗水，那自己首先应该先有一桶水才行。

这次做培训的老师，起码从授课上我感觉还是不合格的，其个人水平不敢胡乱评论，毕竟有些人是有水平但讲不出来，我也不知道这位讲师是否属于这种。好了，不管怎样，也还是感谢这位老师四天的唠唠叨叨，起码也让我对设计模式了解的更多了，也算是带着我们浏览了一遍，然后就是'师父领进门，修行在个人'了。

工厂模式三剑客：
在Gang Of Four – GOF的'Design Pattern'一书中其实就只有'Abstract Factory'和'Factory Method'这两种创建型模式，后来逐渐加入了一种简化的简单工厂模式：Simple Factory Pattern，这三种模式我称之为'三剑客'，用于在对象创建上发挥光和热。我想之所以有Simple Factory Pattern的存在一是出于从理解Factory模式的需要，二是在现实系统中有很多所谓'Simple Factory Pattern'的设计存在于各个系统中，用'Simple Factory Pattern'来对应这些现有的设计，便于接受向其他两种更复杂的Factory模式的过渡，毕竟简单工厂模式缺点多多。

说工厂模式还是要从'创建对象'说起，在现行的大多数面向对象语言中，如C++、Java等，我们可以遵循如下操作凡是来创建一个类的实例：

//关系图
Client — (invoke)—> Class ConcreteProduct1

//client code
ConcreteProduct1 *p = new ConcreteProduct1();

'Head First Design Pattern'一书告诉我们：when you see 'new', think 'concrete'。new operator给我们的代码加上了一副枷锁，把我们桎梏于其中，动弹不得，想想看如何产品换成了ConcreteProduct2，我们该如何做，Client就要修改了，挨批的总是我们。我们需要更加容易扩展的代码。试试'Simple Factory Pattern'吧，让Factory来produce出我们需要的Product，前提：client可能需要生产出多种ConcreteProducts呀。这个应该没问题，来看看'简单工厂模式'吧。

//如关系图1 ConcreteProduct(s) <=> ConcreteProduct1、ConcreteProduct2、ConcreteProduct3、….、ConcreteProductn
Client –(invoke)–> class ConcreteFactory ——> class ConcreteProduct(s) [derived from class AbstractProduct]

class ConcreteProduct1 : public AbstractProduct { … };
class ConcreteProduct2 : public AbstractProduct { … };
… …

class ConcreteFactory {
public:
  static Product* produce(int type) {
   switch (type) {
    case 1:
     return new ConcreteProduct1();
     break;
    case 2:
     return new ConcreteProduct2();
     break;
    … …
    case n:
     return new ConcreteProductn();
     break;
    … …
   }

}
};

//Client code
AbstractProduct *p = ConcreteFactory::produce(real_type);

从上面的关系图或代码可以了解到这里的ConcreteFactory真是责任不小啊，从Product1到Productn样样要生产啊。暗想：是不是有些负担太重了？
1) 如果要是有n(n>100)种产品要生产，那switch code block势必会很大，这样也相当的影响代码的美观程度了，一般此时Bad Smell都会被闻到。
2) 如果新增一个产品的生产，Factory的produce逻辑势必要修改。

不仅我们意识到了这些，GOF们也意识到了，他们总结出来'Factory Method'模式来解决这一问题。Factory Method将拆分Simple Factory中Factory实现中的沉重且复杂逻辑，让其职责更加单一。

//如关系图2 Product(s)Factory <=> Product1Factory、 Product2Factory、 Product3Factory、….、ProductnFactory
Client –(invoke) –> class Product(s)Factory [derived from class AbstractFactory] ——-> class ConcreteProduct(s) [derived from class AbstractProduct]

class ConcreteProduct1 : public AbstractProduct { … };
class ConcreteProduct2 : public AbstractProduct { … };
… …

class AbstractFactory {
public:
virtual AbstractProduct* produce() = 0;
};

class Product1Factory : public AbstractFactory {
public:
  AbstractProduct* produce() {
   return new ConcreteProduct1();
  }
};

class Product2Factory : public AbstractFactory {
public:
  AbstractProduct* produce() {
   return new ConcreteProduct2();
  }
};
… …

//Client Code
void Assembly(AbstractFactory *af) {
AbstractProduct *p = af->produce();
… …
}

这样当我们新增一个ConcreteProduct的生产时完全不需要修改Factory的代码以及Client端的实现，增加一个新的ConcreteFactory来生产这种新的ConcreteProduct即可。

从上面的Factory Method模式关系可以看到，所有的ConcreteProduct产品均继承自一个抽象类Product，我们可以理解为这些ConcreteProduct属于一个系列的产品；而我们的AbstractFactory也是只生产这一个系列产品的Factory。但是如果现在要求生产另一个系列AnotherProduct的产品时，我们的Factory Method就暂不支持了，需要进行调整了。而调整后的支持多系列产品的模式我们就称之为'Abstract Factory'模式，即抽象工厂模式。

//如关系图3
class SeriesProduct(s)Factory [derived from class AbstractSeriesFactory] ——-> class ConcreteProduct(s) [derived from class AbstractProduct]
class SeriesProduct(s)Factory [derived from class AbstractSeriesFactory] ——-> class ConcreteAnotherProduct(s) [derived from class AbstractAnotherProduct]

class ConcreteProduct1 : public AbstractProduct { … };
class ConcreteProduct2 : public AbstractProduct { … };
class ConcreteAnotherProduct1 : public AbstractAnotherProduct { … };
class ConcreteAnotherProduct2 : public AbstractAnotherProduct { … };
… …

class AbstractSeriesFactory {
public:
virtual AbstractProduct* produce() = 0;
virtual AbstractAnotherProduct* produce() = 0;
};

class SeriesProduct1Factory : public AbstractFactory {
public:
  AbstractProduct* produceSeries1() {
   return new ConcreteProduct1();
  }

  AbstractAnotherProduct* produceSeries2() {
   return new ConcreteAnotherProduct1();
  }

};

class SeriesProduct2Factory : public AbstractFactory {
public:
  AbstractProduct* produceSeries1() {
   return new ConcreteProduct2();
  }

  AbstractAnotherProduct* produceSeries2() {
   return new ConcreteAnotherProduct2();
  }
};
… …

>//Client code
void Assembly(AbstractSeriesFactory *asf) {
AbstractProduct *p1 = asf->produceSeries1();
AbstractAnotherProduct *p2 = asf->produceSeries2();
… …
}

从上面可以看出Abstract Factory模式其实是以Factory Method模式做基础的。Abstract Factory模式已经是工厂类模式的全景了，但是同样它也是有其缺陷的，比如我们如果新增一个产品系列，这样的修改就是伤筋动骨的了，首当其冲的就是AbstractFactory需要增加一个接口，而随之而来的是继承该接口的子类也都要实现该接口，这里可以考虑给每个AbstractFactory声明的接口一个'空实现'，这样即使增加接口了也不会影响到已继承该AbstractFactory的子类，如果这些子类不负责生产新增系列产品的话。

附工厂模式关系图