简单工厂模式

一、模式概述

从设计模式的类型上来说，简单工厂模式是属于创建型模式，又叫做静态工厂方法（Static Factory Method）模式，但不属于23种GOF设计模式之一。

简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例，是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂模式的一个特殊实现。

来分析一个现实生活中的案例，每天早晨起床洗唰后是干什么呢？吃早餐、坐车、去公司上班。OK，下面分析下吃早餐中的故事，先看下面这个图：

当我们在买早餐的时候，早餐店里都卖什么呢？这点你有注意吗？众多食品摆在那里，你只对营业员说你要何种食品，他便会知道给你拿什么样的食品给你，这说明什么呢？

如果用面向对象的思想来理解的话，营业员在这里就充当了一个工厂的角色，他负责根据你的请求返回你需要的食品对象。而这一点正是简单工厂模式的意图。

二、模式意图

简单工厂模式根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。

三、模式UML图

下面是简单工厂模式的示意性UML图：

如上图，简单工厂模式UML画了两种，详细如下：

① 只有一个产品对象的简单工厂模式。

② 带有一个抽象产品对象的简单工厂模式。

四、模式参与者

工厂（Factory）角色：接受客户端的请求，通过请求负责创建相应的产品对象。

抽象产品（AbstractProduct）角色：是工厂模式所创建对象的父类或是共同拥有的接口。可是抽象类或接口。

具体产品（ConcreteProduct）对象：工厂模式所创建的对象都是这个角色的实例。

五、模式实现

通过上面的分析，已经清晰的知道了工厂模式中的各种角色和职责，那工厂模式通过代码是怎么实现的呢？OK，下面将继续分析上面的吃早餐中的故事，做一个简单的示例实现。

1、首先我们来看看只有一个产品对象的简单工厂模式的实现。其实这很好理解，就当店里只卖一种食品，这里以馒头为例。

/// <summary>
/// 馒头
/// </summary>
public class SteamedBread
{
    /// <summary>
    /// 构造方法
    /// </summary>
    public SteamedBread()
    { }

    /// <summary>
    /// 销售价格
    /// </summary>
    private double price=0.5;
    public double Price
    {
        get { return price; }
        set { price = value; }
    }
}

产品对象建立好了，接下来是工厂对象：

/// <summary>
/// 工厂角色
/// </summary>
public class Factory
{
    /// <summary>
    /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public static SteamedBread CreateInstance()
    {
        return new SteamedBread();
    }
}

如上就完成了一个简单工厂模式的简单实现，一个产品和一个工厂，工厂负责创建这个产品。

但是这种实现有一定的缺陷，为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建，如果有多个产品则需要定义多个静态方法分别返回不同的对象，用设计原则来说的话这样的实现不符合依赖倒置原则(DIP)。

如果系统里只有一个单独的产品对象，那么采用这种实现是完全可以的。UML图如下：

2、带抽象产品（AbstractProduct）角色的简单工厂模式实现

从上面分析中得知，这种实现得为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建。虽然带有简单工厂的性质，但是又好象不能够完全体现出简单工厂模式的意图。简单工厂的意图是：根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。

根据意图出发进行分析，要实现完全满足简单工厂模式意图的程序，也就得根据提供给工厂的数据，让工厂根据这个数据来进行判断，然后返回相应的对象。OK，看看是下面这样的吗？

示意性代码如下：

/// <summary>
/// 食品接口----扮演抽象产品角色
/// </summary>
public interface IFood
{
    /// <summary>
    /// 每种食品都有销售价格,这里应该作为共性提升到父类或是接口来
    /// 由于我们只需要得到价格,所以这里就只提供get属性访问器
    /// </summary>
    double price{get;}
}
//------------------------------------------------------------------------------------
/// <summary>
/// 馒头
/// </summary>
public class SteamedBread:IFood
{
    /// <summary>
    /// 构造方法
    /// </summary>
    public SteamedBread()
    { }

    public double price
    {
        get
        {
            return  0.5;
        }
    }
}
//------------------------------------------------------------------------------------
/// <summary>
/// 包子
/// </summary>
public class SteamedStuffed:IFood
{
    public SteamedStuffed()
    { }

    /// <summary>
    /// 销售价格
    /// </summary>
    public double price
    {
        get
        {
            return  0.6;  //0.6元一个
        }
    }
}
//------------------------------------------------------------------------------------
/// <summary>
/// 工厂角色
/// </summary>
public class Factory
{
    /// <summary>
    /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public static IFood CreateInstance(string key)
    {
        if (key == "馒头")
        {
            return new SteamedBread();
        }
        else
        {
            return new SteamedStuffed();
        }
    }
}
//------------------------------------------------------------------------------------
public class Client
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        //通过工厂创建一个产品的实例
        IFood food = Factory.CreateInstance("馒头");
        Console.WriteLine("馒头{0}元一个！", food.price);

        food = Factory.CreateInstance("包子");
        Console.WriteLine("包子{0}元一个！", food.price);
    }
}

此时的设计就已经完全符合简单工厂模式的意图了。顾客(Client)对早餐店营业员(Factory)说，我要“馒头”，于是营业员便根据顾客所提供的数据（馒头），去众多食品中找，找到了然后就拿给顾客。

3、模式的演变实现

有些情况下Simple Factory可以由抽象产品角色扮演，一个抽象产品类同时是子类的工厂。也就是说，抽象产品角色扮演两种角色和职责，出了基本的定义还还兼任工厂角色的职责，负责产品的创建工作。这里我们在上面的例子基础上适当修改一下OK了，新建立一个抽象类(Evolution)：

/// <summary>
/// 兼任抽象产品角色和工厂角色两种角色
/// </summary>
public abstract class Evolution
{
　 /// <summary>
　 /// 共性字段
　 /// </summary>
　 private double price;
　 public double Price
　 {
　　　 get { return price; }
　　　 set { price = value; }
　 }

　 public static Evolution CreateInstance(string key)
　 {
　　　 if (key == "馒头")
　　　 {
　　　　　 return new SteamedBread();
　　　 }
　　　 else
　　　 {
　　　　　 return new SteamedStuffed();
　　　 }
　 }
}
public class SteamedBread : Evolution 
{ 
    public SteamedBread() 
    {
        this.Price = 0.5;  //在构造方法里初始话属性的值 
    } 
} 
 
public class SteamedStuffed : Evolution
{
    public SteamedStuffed()
    {
        this.Price = 0.6;
    }
}

通过上面的演化，此时客户端的调用如下：

public class Client
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Evolution el = Evolution.CreateInstance("包子");
        Console.WriteLine("包子{0}元一个！", el.Price);
    }
}

UML草图：

在实际的开发中，这种演化是很适用的，可以说是一种编程技巧吧。

4、模式的其他演变

如果系统中只有唯一的一个具体产品对象，那么可以省略抽象产品角色。这一种其实也就是本钱前面的第一种模式实现。

如果抽象产品角色省略，那么工厂角色就可以与具体产品角色合并。也就是说一个产品类就是自身的工厂。这样把原有三个独立的角色：抽象产品角色、具体产品角色和工厂角色合并为一个，这个类自己负责创建自己的实例。

六、模式优缺点

工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅"消费"产品。简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割。

当产品有复杂的多层等级结构时，工厂类只有自己，以不变应万变，就是模式的缺点。因为工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。

系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，有可能造成工厂逻辑过于复杂,违背了"开放--封闭"原则(OCP).另外，简单工厂模式通常使用静态工厂方法，这使得无法由子类继承，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

七、相关模式

工厂方法模式：每个产品由一个专门的工厂来负责创建。是一种只有唯一一个产品的实现，带有简单工厂的性质。

抽象工厂模式：大致和工厂方法相同。

单例模式：单例的实现和上面模式演变中的最后一种很相似，只要把构造器私有便OK。

八、参考资料

Addison-Wesley,1995,p.185. 中文版：《设计模式：可复用的面向对象软件的基础》 李英军等译.

Alan Sharroway & James r.Trott.中文版：《设计模式精解》

张逸 著《软件设计精要与模式》