[设计模式]简单工厂

设计模式——简单工厂

概述

简单工厂（Simple Factory Pattern）模式是一种创建型设计模式，在它提供了创建对象过程和使用对象过程分离的能力，具体来说，其在父类中提供创建对象方法，并且在子类中完成实例化对象的类型。事实上，简单工厂模式并不是正式的设计模式，也有人将其称之为一种编程习惯。但无可非议的是，简单工厂是工厂模式的基础，它使用一个单独的工厂类创建不同的对象，并依据传入的参数决定创建那种类型的对象。

简单工厂适用于生成复杂对象的场景，如果生成对象较为简单，通过new即可完成创建，不必使用工厂模式。当使用工厂模式时，势必需要引入一个工厂类，系统总体复杂度增加。

简单工厂模式结构

在简单工厂中，通常包含以下角色：

抽象产品（Product)：定义产品的规范，描述产品的主要特性和功能。产品会对接口进行声明。对于所有由创建者及其子类结构的对象，抽象产品接口都是通用的。
具体产品（Concrete Products）：实现或者继承抽象产品的子类，是对产品接口的不同实现
创建者（Creator）：声明返回产品对象的工厂方法。该方法返回的对象类型必须和产品接口相匹配。
具体工厂（Concrete Creator）：提供创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。完成对基础工厂方法的重写，使其返回不同类型的产品。

简单工厂的优缺点

优点

调用者只需要知道对象的名称就可以顺利创建对象，避免了创建者和具体产品之间的紧密耦合
符合开闭原则，拓展性能高，当需要增加新的产品时，可以通过拓展一个工厂类就可以实现
屏蔽了产品实现的具体细节，调用者通过调用产品的接口即可实现相关功能
符合单一职责原则，可以将产品创建代码放在程序的单一位置，使得代码更加容易维护

缺点

当产品增加时，必须增加具体的嘞和对应的工厂，造成系统中类的数量成倍增加，系统的复杂度和具体类的依赖同步加大。

简单工厂模式的适用场景

在编写代码过程中，如果无法预知对象确切类别及其依赖关系时，可以使用工厂方法。

例如，当需要在应用中添加某个新产品时，只需要开发新的创建者子类，然后重写其工厂方法即可
如果希望其他人可以拓展软件或框架的内部组件，可以使用工厂方法

例如，假设标准库中只有矩形，若希望绘制原型，则可以使用RoundShape子类继承Shape类，并重写createShape方法，使其返回的对象为RoundShape。这样就实现了矩形和圆形的快速替代。
如果希望复用现有对象而不是每次创建新对象以节省系统资源，可以使用简单工厂方法

在处理大型资源密集型对象（比如数据库连、文件系统和网络资源等），需要一个既能够创建新对象，又可以复用现有对象的普通方法，显然简单工厂模式非常适用于这一场景。

实现方式

让所有产品都遵循同一接口，该接口必须声明对所有产品都有意义的方法
在创建类中添加一个空的工厂方法。该方法的返回类型遵循通用的产品接口
在创建者代码中找到对于产品构造函数的所有引用，将他们依次替换为对于工厂方法的调用，同时将创建产品的代码移植进入工厂方法。
为工厂方法的每个产品创建一个子类，然后在子类中重写工厂方法，将基本方法中的相关创建代码移动到工厂方法中

应用场景

日志记录：日志可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等
数据库访问：当用户不知道系统最终使用哪种数据库，或使用的数据库可能发生变化时
连接服务器的框架设计：需要支持“POP3"、"IMAP"、"HTTP"三种协议，可以将这三种协议作为产品类，共同实现一个接口。

与其他设计模式的关系

许多设计工作的初期都会采用简单工厂（较为简单，可以方便的通过子类进行定制），随后演化为使用抽象工厂模式、原型模式和生成器模式（更灵活但是更复杂）
抽象工厂模式通常基于一组简单工厂方法，同时也可以使用原型模式来生成这些类的方法。
可以同时使用简单工厂和迭代器模式，让子类集合返回不同类型的迭代器
原型并不基于继承，没有继承的缺点，但是需要对被复制对象进行复杂的初始化。简单工厂基于继承，但是其不需要进行初始化步

代码框架

from __future__ import annotations
from abc import ABC,abstractmethod

class Creator(ABC):
    @abstractmethod
    def factory_method(self):
        pass

    def some_operation(self):
        product = self.factory_method()
        result = f"Creator: The same creator's code has just worked with {product.operation()}"
        return result

class ConcreteCreator1(Creator):
    def factory_method(self):
        return ConcreteProduct1()

class ConcreteCreator2(Creator):
    def factory_method(self) -> Product:
        return ConcreteProduct2()

class Product(ABC):
    def operation(self):
        pass

class ConcreteProduct1(Product):
    def operation(self) -> str:
        return "{Result of the ConcreteProduct1}"

class ConcreteProduct2(Product):
    def operation(self) -> str:
        return "{Result of the ConcreteProduct2}"

def client_code(creator):
    print(f"Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.\n"
          f"{creator.some_operation()}", end="")

if __name__ == "__main__":
    print("App: Launched with the ConcreteCreator1.")
    client_code(ConcreteCreator1())
    print("\n")

    print("App: Launched with the ConcreteCreator2.")
    client_code(ConcreteCreator2())

代码示例

# 抽象产品
class BaseOperate:

    def __init__(self):
        self.result = 0

    def get_result(self):
        return self.result

# 具体产品
class OperationAdd(BaseOperate):
    def __init__(self, num1, num2):
        self.result = num1 + num2

    def get_result(self):
        return self.result

class OperationDiv(BaseOperate):
    def __init__(self, num1, num2):
        self.result = num1 / num2

    def get_result(self):
        return self.result

class OperationSub(BaseOperate):
    def __init__(self, num1, num2):
        self.result = num1 - num2

    def get_result(self):
        return self.result

class OperationMult(BaseOperate):
    def __init__(self, num1, num2):
        self.result = num1 * num2

    def get_result(self):
        return self.result

# 简单工厂
class OperationFactory:
    @staticmethod
    def createOperate(operate, num1, num2):
        optdict = {
            '+': OperationAdd,
            '-': OperationSub,
            '*': OperationMult,
            '/': OperationSub
        }
        oper = BaseOperate()
        if (operate in optdict):
            oper = optdict[operate](num1, num2)
        return oper

# 创建者
def clientUI():
    opt = input("please input a operation")
    num1 = int(input("please input a number"))
    num2 = int(input("please input a number"))
    oper = OperationFactory.createOperate(opt, num1, num2)
    print(oper.get_result())
    return

if __name__ == '__main__':
    clientUI()