一、引言

  这个系列也是自己对设计模式的一些学习笔记,希望对一些初学设计模式的人有所帮助的,在上一个专题中介绍了单例模式,在这个专题中继续为大家介绍一个比较容易理解的模式——简单工厂模式。

二、简单工厂模式的介绍

  说到简单工厂,自然的第一个疑问当然就是什么是简单工厂模式了? 在现实生活中工厂是负责生产产品的,同样在设计模式中,简单工厂模式我们也可以理解为负责生产对象的一个类, 我们平常编程中,当使用"new"关键字创建一个对象时,此时该类就依赖与这个对象,也就是他们之间的耦合度高,当需求变化时,我们就不得不去修改此类的源码,此时我们可以运用面向对象(OO)的很重要的原则去解决这一的问题,该原则就是——封装改变,既然要封装改变,自然也就要找到改变的代码,然后把改变的代码用类来封装,这样的一种思路也就是我们简单工厂模式的实现方式了。下面通过一个现实生活中的例子来引出简单工厂模式。

  在外面打工的人,免不了要经常在外面吃饭,当然我们也可以自己在家做饭吃,但是自己做饭吃麻烦,因为又要自己买菜,然而,出去吃饭就完全没有这些麻烦的,我们只需要到餐馆点菜就可以了,买菜的事情就交给餐馆做就可以了,这里餐馆就充当简单工厂的角色,下面让我们看看现实生活中的例子用代码是怎样来表现的。

自己做饭的情况:

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/// <summary>
    /// 自己做饭的情况
    /// 没有简单工厂之前,客户想吃什么菜只能自己炒的
    /// </summary>
    public class Customer
    {
        /// <summary>
        /// 烧菜方法
        /// </summary>
        /// <param name="type"></param>
        /// <returns></returns>
        public static Food Cook(string type)
        {
            Food food = null;
            // 客户A说:我想吃西红柿炒蛋怎么办?
            // 客户B说:那你就自己烧啊
            // 客户A说: 好吧,那就自己做吧
            if (type.Equals("西红柿炒蛋"))
            {
                food = new TomatoScrambledEggs();
            }
            // 我又想吃土豆肉丝, 这个还是得自己做
            // 我觉得自己做好累哦,如果能有人帮我做就好了?
            else if (type.Equals("土豆肉丝"))
            {
                food = new ShreddedPorkWithPotatoes();
            }
            return food;
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            // 做西红柿炒蛋
            Food food1 = Cook("西红柿炒蛋");
            food1.Print();
            Food food2 = Cook("土豆肉丝");
            food1.Print();
            Console.Read();
        }
    }
 /// <summary>
    /// 菜抽象类
    /// </summary>
    public abstract class Food
    {
        // 输出点了什么菜
        public abstract void Print();
    }
    /// <summary>
    /// 西红柿炒鸡蛋这道菜
    /// </summary>
    public class TomatoScrambledEggs : Food
    {
        public override void Print()
        {
            Console.WriteLine("一份西红柿炒蛋!");
        }
    }
    /// <summary>
    /// 土豆肉丝这道菜
    /// </summary>
    public class ShreddedPorkWithPotatoes : Food
    {
        public override void Print()
        {
            Console.WriteLine("一份土豆肉丝");
        }
    }

自己做饭,如果我们想吃别的菜时,此时就需要去买这种菜和洗菜这些繁琐的操作,有了餐馆(也就是简单工厂)之后,我们就可以把这些操作交给餐馆去做,此时消费者(也就是我们)对菜(也就是具体对象)的依赖关系从直接变成的间接的,这样就是实现了面向对象的另一个原则——降低对象之间的耦合度,下面就具体看看有了餐馆之后的实现代码(即简单工厂的实现):

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/// <summary>
    /// 顾客充当客户端,负责调用简单工厂来生产对象
    /// 即客户点菜,厨师(相当于简单工厂)负责烧菜(生产的对象)
    /// </summary>
    class Customer
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 客户想点一个西红柿炒蛋      
            Food food1 = FoodSimpleFactory.CreateFood("西红柿炒蛋");
            food1.Print();
            // 客户想点一个土豆肉丝
            Food food2 = FoodSimpleFactory.CreateFood("土豆肉丝");
            food2.Print();
            Console.Read();
        }
    }
    /// <summary>
    /// 菜抽象类
    /// </summary>
    public abstract class Food
    {
        // 输出点了什么菜
        public abstract void Print();
    }
    /// <summary>
    /// 西红柿炒鸡蛋这道菜
    /// </summary>
    public class TomatoScrambledEggs : Food
    {
        public override void Print()
        {
            Console.WriteLine("一份西红柿炒蛋!");
        }
    }
    /// <summary>
    /// 土豆肉丝这道菜
    /// </summary>
    public class ShreddedPorkWithPotatoes : Food
    {
        public override void Print()
        {
            Console.WriteLine("一份土豆肉丝");
        }
    }
    /// <summary>
    /// 简单工厂类, 负责 炒菜
    /// </summary>
    public class FoodSimpleFactory
    {
        public static Food CreateFood(string type)
        {
            Food food = null;
            if (type.Equals("土豆肉丝"))
            {
                food= new ShreddedPorkWithPotatoes();
            }
            else if (type.Equals("西红柿炒蛋"))
            {
                food= new TomatoScrambledEggs();
            }
            return food;
        }
    }

三、优点与缺点

  看完简单工厂模式的实现之后,你和你的小伙伴们肯定会有这样的疑惑(因为我学习的时候也有)——这样我们只是把变化移到了工厂类中罢了,好像没有变化的问题,因为如果客户想吃其他菜时,此时我们还是需要修改工厂类中的方法(也就是多加case语句,没应用简单工厂模式之前,修改的是客户类)。我首先要说:你和你的小伙伴很对,这个就是简单工厂模式的缺点所在(这个缺点后面介绍的工厂方法可以很好地解决),然而,简单工厂模式与之前的实现也有它的优点:

  • 简单工厂模式解决了客户端直接依赖于具体对象的问题,客户端可以消除直接创建对象的责任,而仅仅是消费产品。简单工厂模式实现了对责任的分割。

  • 简单工厂模式也起到了代码复用的作用,因为之前的实现(自己做饭的情况)中,换了一个人同样要去在自己的类中实现做菜的方法,然后有了简单工厂之后,去餐馆吃饭的所有人都不用那么麻烦了,只需要负责消费就可以了。此时简单工厂的烧菜方法就让所有客户共用了。(同时这点也是简单工厂方法的缺点——因为工厂类集中了所有产品创建逻辑,一旦不能正常工作,整个系统都会受到影响,也没什么不好理解的,就如事物都有两面性一样道理

虽然上面已经介绍了简单工厂模式的缺点,下面还是总结下简单工厂模式的缺点:

  • 工厂类集中了所有产品创建逻辑,一旦不能正常工作,整个系统都会受到影响(通俗地意思就是:一旦餐馆没饭或者关门了,很多不愿意做饭的人就没饭吃了)

  • 系统扩展困难,一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑,这样就会造成工厂逻辑过于复杂。

了解了简单工厂模式之后的优缺点之后,我们之后就可以知道简单工厂的应用场景了:

  • 当工厂类负责创建的对象比较少时可以考虑使用简单工厂模式()

  • 客户如果只知道传入工厂类的参数,对于如何创建对象的逻辑不关心时可以考虑使用简单工厂模式

四、简单工厂模式UML图

简单工厂模式又叫静态方法模式(因为工厂类都定义了一个静态方法),由一个工厂类根据传入的参数决定创建出哪一种产品类的实例(通俗点表达:通过客户下的订单来负责烧那种菜)。简单工厂模式的UML图如下:

05170314-a7f4c3e70df3420fa5408c7ccca265d

五、.NET中简单工厂模式的实现

  介绍完了简单工厂模式之后,我学习的时候就像:.NET类库中是否有实现了简单工厂模式的类呢?后面确实有,.NET中System.Text.Encoding类就实现了简单工厂模式,该类中的GetEncoding(int codepage)就是工厂方法具体的代码可以通过Reflector反编译工具进行查看,下面我也贴出该方法中部分代码:

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public static Encoding GetEncoding(int codepage)
{
    Encoding unicode = null;
    if (encodings != null)
    {
        unicode = (Encoding) encodings[codepage];
    }
    if (unicode == null)
    {
        object obj2;
        bool lockTaken = false;
        try
        {
            Monitor.Enter(obj2 = InternalSyncObject, ref lockTaken);
            if (encodings == null)
            {
                encodings = new Hashtable();
            }
            unicode = (Encoding) encodings[codepage];
            if (unicode != null)
            {
                return unicode;
            }
            switch (codepage)
            {
                case 0:
                    unicode = Default;
                    break;
                case 1:
                case 2:
                case 3:
                case 0x2a:
                    throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Argument_CodepageNotSupported"new object[] { codepage }), "codepage");
                case 0x4b0:
                    unicode = Unicode;
                    break;
                case 0x4b1:
                    unicode = BigEndianUnicode;
                    break;
                case 0x6faf:
                    unicode = Latin1;
                    break;
                case 0xfde9:
                    unicode = UTF8;
                    break;
                case 0x4e4:
                    unicode = new SBCSCodePageEncoding(codepage);
                    break;
                case 0x4e9f:
                    unicode = ASCII;
                    break;
                default:
                    unicode = GetEncodingCodePage(codepage);
                    if (unicode == null)
                    {
                        unicode = GetEncodingRare(codepage);
                    }
                    break;
            }
            encodings.Add(codepage, unicode);
            return unicode;
        }
}

.NET 中Encoding的UML图为:

05173548-27a5da55b8434859adb53f386f9c393

Encoding类中实现的简单工厂模式是简单工厂模式的一种演变,此时简单工厂类由抽象产品角色扮演,然而.NET中Encoding类是如何解决简单工厂模式中存在的问题的呢(即如果新添加一种编码怎么办)?在GetEncoding方法里的switch函数有如下代码:

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switch (codepage)
     {
          .......
   default:
                    unicode = GetEncodingCodePage(codepage);
                    if (unicode == null)
                    {
                        unicode = GetEncodingRare(codepage); //当编码很少见时
                    }
                    break;
           ......
      }

在GetEncodingRare方法里有一些不常用编码的实例化代码,微软正式通过这个方法来解决新增加一种编码的问题。(其实也就是列出所有可能的编码情况),微软之所以以这样的方式来解决这个问题,可能是由于现在编码已经稳定了,添加新编码的可能性比较低,所以在.NET 4.5仍然未改动这部分代码。

六、总结

到这里,简单工厂模式的介绍都到这里了,后面将介绍工厂方法模式来解决简单工厂模式中存在的问题。