定义

简单工厂模式

• 专门定义一个类来负责创建其他类的实例，根据参数的不同创建不同类的实例，被创建的实例通常具有共同的父类，这个模式叫简单工厂模式（Simple Factory Pattern） 。
• 简单工厂模式又称为静态工厂方法模式。之所以叫“静态”，是因为在很多静态语言（如 Java、C++）中方法通常被定义成一个静态（static）方法，这样便可通过类名来直接调用方法。
• 这是最简单的一个版本，只有一个工厂类 SimpleFactory，类中有一个静态的创建方法 createProduct，该方法根据参数传递过来的类型值（type）或名称（name）来创建具体的产品（子类）对象。
• 定义：定义一个创建对象（实例化对象）的接口，通过参数来决定创建哪个类的实例。
• 类图
  • 
• 优缺点
  • 优点：
    • 实现简单、结构清晰。
    • 抽象出一个专门的类来负责某类对象的创建，分割出创建的职责，不能直接创建具体的对象，只需传入适当的参数即可。
    • 使用者可以不关注具体对象的类名称，只需知道传入什么参数可以创建哪些需要的对象。
  • 缺点：
    • 不易拓展，一旦添加新的产品类型，就不得不修改工厂的创建逻辑。不符合“开放 – 封闭”原则，如果要增加或删除一个产品类型，就要修改 switch … case …（或 if … else …）的判断代码。
    • 当产品类型较多时，工厂的创建逻辑可能过于复杂，switch … case …（或 if … else …）判断会变得非常多。一旦出错可能造成所有产品创建失败，不利于系统的维护。
• 应用场景
  • 产品具有明显的继承关系，且产品的类型不太多。
  • 所有的产品具有相同的方法和类似的属性，使用者不关心具体的类型，只希望传入合适的参数能返回合适的对象。

工厂方法模式

• 工厂方法模式是简单工厂模式的一个升级版本，为解决简单工厂模式不符合“开放 – 封闭”原则的问题，我们对 SimpleFactory 进行了一个拆分，抽象出一个父类 Factory，并增加多个子类分别负责创建不同的具体产品。
• 定义：定义一个创建对象（实例化对象）的接口，让子类来决定创建哪个类的实例。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
• 类图
  • 
  • Product 是要创建的产品的抽象类，ProductA 和 ProductB 是具体的产品类型。Factory 是所有工厂的抽象类，负责定义统一的接口。ProductAFactory 和 ProductBFactory 是具体的工厂类，分别负责产品 ProductA 和 ProductB 的创建。
• 优缺点
  • 优点：
    • 解决了简单工厂模式不符合“开放 – 封闭”原则的问题，使程序更容易拓展。
    • 实现简单。
  • 缺点：
    • 对于有多种分类的产品，或具有二级分类的产品，工厂方法模式并不适用。

• 多种分类：如我们有一个电子白板程序，可以绘制各种图形，那么画笔的绘制功能可以理解为一个工厂，而图形可以理解为一种产品；图形可以根据形状分为直线、矩形、椭圆等，也可以根据颜色分为红色图形、绿色图形、蓝色图形等。
• 二级分类：如一个家电工厂，它可能同时生产冰箱、空调和洗衣机，那么冰箱、空调、洗衣机属于一级分类；而洗衣机又可分为高效型的和节能型的，高效型洗衣机和节能型洗衣机就属于二级分类。

• 应用场景
  • 客户端不知道它所需要的对象的类。
  • 工厂类希望通过其子类来决定创建哪个具体类的对象。因为工厂方法模式简单且易拓展，因此在项目中应用得非常广泛，在很多标准库和开源项目中都能看到它的影子。

抽象工厂模式

• 抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式不能解决具有二级分类的产品的创建问题，抽象工厂模式就是用来解决这一问题的。
• 定义：提供一个创建一系列相关或相互依赖的对象的接口，而无须指定它们的具体类。
• 类图
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  • 抽象工厂模式适用于有多个系列且每个系列有相同子分类的产品。我们定义一个抽象的工厂类 AbstractFactory，AbstractFactory 中定义生产每个系列产品的方法；而两个具体的工厂实现类 Factory1 和 Factory2 分别生产子分类 1 的每一系列产品和子分类 2 的每一系列产品。
• 优缺点
  • 优点
    • 解决了具有二级分类的产品的创建。
  • 缺点
    • 如果产品的分类超过二级，如三级甚至更多级，抽象工厂模式将会变得非常臃肿。
    • 不能解决产品有多种分类、多种组合的问题。
• 应用场景
  • 系统中有多于一个的产品族，而每次只使用其中某一产品族。
  • 产品等级结构稳定，设计完成之后，不会向系统中增加新的产品等级结构或者删除已有的产品等级结构。

进一步思考

• 如果产品出现三级甚至更多级分类怎么办？
  • 如果程序中出现了三级分类的对象，就需要重新审视一下你的设计，看一下有些类是不是可以进行归纳、抽象合并。如果实际的应用场景中确实有三级甚至更多级分类，建议你不要使用工厂模式了，直接交给每一个具体的产品类自己去创建吧！因为超过三级（含三级）以上分类，会使工厂类变得非常臃肿而难以维护，开发成本也会急剧增加。模式是死的，人是活的，不要为了使用设计模式而使用设计模式！
• 如果产品有多种分类、多种组合怎么办？
  • 如果产品有多种分类，就不能单独使用工厂模式了，需要结合其他的设计模式进行优化。如 15.5 节的白板程序，既有形状的分类又有颜色的分类，可以结合桥接模式（参见 20.2 节）一起使用，用桥接模式来定义产品，再用工厂模式来创建产品。

实战应用

from abc import ABCMeta, abstractmethod  
# 引入ABCMeta和abstractmethod来定义抽象类和抽象方法  
from enum import Enum  
  
  
# Python3.4 之后支持枚举Enum的语法  
  
class PenType(Enum):  
    """画笔类型"""  
    PenTypeLine = 1  
    PenTypeRect = 2  
    PenTypeEllipse = 3  
  
  
class Pen(metaclass=ABCMeta):  
    """画笔"""  
  
    def __init__(self, name):  
        self.__name = name  
  
    @abstractmethod  
    def getType(self):  
        pass  
  
    def getName(self):  
        return self.__name  
  
  
class LinePen(Pen):  
    """直线画笔"""  
  
    def __init__(self, name):  
        super().__init__(name)  
  
    def getType(self):  
        return PenType.PenTypeLine  
  
  
class RectanglePen(Pen):  
    """矩形画笔"""  
  
    def __init__(self, name):  
        super().__init__(name)  
  
    def getType(self):  
        return PenType.PenTypeRect  
  
  
class EllipsePen(Pen):  
    """椭圆画笔"""  
  
    def __init__(self, name):  
        super().__init__(name)  
  
    def getType(self):  
        return PenType.PenTypeEllipse  
  
  
class PenFactory:  
    """画笔工厂类"""  
  
    def __init__(self):  
        "定义一个字典(key:PenType，value：Pen)来存放对象,确保每一个类型只会有一个对象"  
        self.__pens = {}  
  
    def getSingleObj(self, penType, name):  
        """获得唯一实例的对象"""  
  
    def createPen(self, penType):  
        """创建画笔"""  
        if self.__pens.get(penType) is None:  
            # 如果该对象不存在，则创建一个对象并存到字典中  
            if penType == PenType.PenTypeLine:  
                pen = LinePen("直线画笔")  
            elif penType == PenType.PenTypeRect:  
                pen = RectanglePen("矩形画笔")  
            elif penType == PenType.PenTypeEllipse:  
                pen = EllipsePen("椭圆画笔")  
            else:  
                pen = Pen("")  
            self.__pens[penType] = pen  
        # 否则直接返回字典中的对象  
        return self.__pens[penType]  
  
  
def testPenFactory():  
    factory = PenFactory()  
    linePen = factory.createPen(PenType.PenTypeLine)  
    print("创建了 %s，对象id：%s， 类型：%s" % (linePen.getName(), id(linePen), linePen.getType()))  
    rectPen = factory.createPen(PenType.PenTypeRect)  
    print("创建了 %s，对象id：%s， 类型：%s" % (rectPen.getName(), id(rectPen), rectPen.getType()))  
    rectPen2 = factory.createPen(PenType.PenTypeRect)  
    print("创建了 %s，对象id：%s， 类型：%s" % (rectPen2.getName(), id(rectPen2), rectPen2.getType()))  
    ellipsePen = factory.createPen(PenType.PenTypeEllipse)  
    print("创建了 %s，对象id：%s， 类型：%s" % (ellipsePen.getName(), id(ellipsePen), ellipsePen.getType()))  
  
  
testPenFactory()