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学习设计模式《五》——工厂方法模式

news 来源：原创 2025/7/15 17:51:58

一、基础概念

工厂方法模式的本质是【延迟到子类来选择实现】；

工厂方法模式的定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，FactoryMethod使一个类的实例化延迟到其子类。

**工厂方法模式的功能**
序号	说明
0	工厂方法模式功能：是指让父类在不知道具体实现的情况下，完成自身的功能调用；而具体的实现延迟到子类来实现
1	通常父类会是一个抽象类，里面包含创建所需对象的抽象方法，这些抽象方法就是工厂方法（注意：子类在实现这些抽象方法的时候，通常并不是真正地由子类来实现具体的功能，而是在子类的方法里面做选择，选择具体的产品实现对象）
2	实现成具体的类（通常情况下需要具体的子类来决定要如何创建父类所需要的对象；通过工厂方法，可以让子类对象来覆盖父类的实现，从而提供更好的灵活性）
3	工厂方法的参数和返回（工厂方法的实现中，可能需要参数，以便决定到底选用哪一种具体的实现；一般工厂方法返回的是被创建对象的接口对象，当然也可以是抽象类或者一个具体类的实例）
4	谁来使用工厂方法创建对象（应该是Creator中的其他方法在使用工厂方法创建对象；客户端在使用Creator对象）

**如何理解IOC/DI【IOC---InversionofControl 控制反转】【DI---Dependency Injection 依赖注入】**
序号	说明
1	参与者都有谁？（一般有三方参与者：一个是某个对象（任意的普通对象）；另一个是IOC/DI的容器（指用来实现IOC/DI功能的一个框架程序）；最后一个是某个对象的外部资源）
2	谁依赖于谁：当然是某个对象依赖于IOC/DI的容器
3	为什么需要依赖：对象需要IOC/DI的容器来提供对象需要的外部资源
4	谁注入于谁：IOC/DI的容器注入控制对象；
5	到底注入什么：注入某个对象所需要的外部资源
6	谁控制谁：当然是IOC/DI的容器来控制对象了
7	控制什么：主要是控制对象实例的创建
8	为何叫反转：反转是相对于正向而言的，那什么算是正向的呢？（常规情况下的应用程序：如果A里面要使用C，你会怎么做？当然是直接创建C的对象【这种情况就被称为正向的】；【那什么是反向呢？就是A类中不再主动获取C，而是被动的等待，等待IOC/DI的容器获取一个C的实例，然后反向地注入到A类中】）
9	依赖注入和控制反转是同一概念吗？（依赖注入和控制反转是对同一件事情的不同描述；【依赖注入】是从应用程序的角度描述，即【应用程序依赖容器创建并注入它所需要的外部资源】；【控制反转】是从容器的角度描述，即【容器控制应用程序，由容器反向地向应用程序注入其所需的外部资源】）
10	工厂方法与IOC/DI的关系【工厂方法与IOC/DI的思想是相似的，都是主动变被动，进行了主从换位，从而获得了更灵活的程序结构】

工厂模式的优缺点
序号	工厂模式的优点	工厂模式的缺点
1	可以在不知具体实现的情况下编程（若需要某个产品对象，只需要使用接口即可，无需关心具体实现，具体实现延迟到子类完成）	具体产品对象与工厂方法的耦合性（在工厂方法模式中，工厂方法是需要创建具体产品对象的实例，因此具体产品对象与工厂方法耦合）
2	更容易扩展对象的新版本（工厂方法给子类提供了一个挂钩（钩子方法hook），使得扩展新对象版本变得非常容易）
3	连接平行的类层次（工厂方法除了可以创造产品对象外，在连接平行的类层次上也容易）

参数化工厂方法：指通过给工厂方法传递参数，让工厂方法根据参数的不同来创建不同的产品对象。

何时选用工厂方法模式？

1、如果一个类需要创建某个接口对象，但是又不知道具体的实现，可选择工厂方法模式，把创建对象工作延迟到子类实现；

2、如果一个类本身就希望由它的子类来创建所需对象的时候，就使用工厂方法

二、工厂方法模式示例

业务需求：实现一个导出数据的应用框架，来让客户选择数据的导出方式，并真正的执行数据导出（通常这种框架系统在导出数据上会有一些约定的方式，如：导出为文本格式、数据库格式、xml格式等）。

需求知识点分析：
        1、框架是什么？（框架是能完成一定功能的半成品软件）
        2、框架能做什么？（能完成一定的功能，加快应用开发进度；给我们一个精良的程序架构）
        3、对框架的理解（基于框架的开发，事情还是那些事情，这是看谁做的问题；虽然基于框架开发，可以不去做框架所做的事情，但是应该明白框架在做什么，以及框架是如何实现相应功能的）；

4、框架和设计模式的关系：

《1》设计模式比框架更抽象（框架是已经实现出来的软件了，虽是半成品，但是已经实现了；但设计模式的重心是在解决问题的方案上，即思想层面）；

《2》设计模式是比框架更小的体系结构元素（框架的目标很明确，就是要解决某个领域的某些问题，是很具体的功能；不同领域实现出来的框架不一样）；

《3》框架比设计模式更加特例化（框架总是针对特定领域；设计模式更加注重从思想是哪个、方法上解决问题，更加通用化）；

问题分析：

1、需要实现导出数据的应用框架（即不管用户选择什么样的导出格式，最后打出的都是对应的文件；且系统并不知道究竟要导出成为什么样的文件；因此应该有一个统一的接口来描述系统最后生成的对象，并操作输出的文件）【所以第一步就是设计一个导出文件的接口并定义导出方法】。

2、对于实现导出数据的业务功能对象，它应该根据需要来创建相应的导出接口实现对象，因此特定的导出实现与具体的业务相关的；但是对于实现导出数据的业务功能对象来说，它并不知道应该创建哪一个导出接口对象，也不知道如何创建【即：对于实现导出数据业务的对象，它需要创建导出接口的具体对象，但它只知道导出接口却不知道其具体的实现，此时应该怎么办？】。

2.1、典型的工厂方法示例

1、定义一个导出内容的接口

/***
*	Title："设计模式" 项目
*		主题：工厂方法
*	Description：
*	    业务需求：实现一个导出数据的应用框架，来让客户选择数据的导出方式，并真正的执行数据导出
*	                （通常这种框架系统在导出数据上会有一些约定的方式，如：导出为文本格式、数据库格式、xml格式等）
*	              
*	    需求知识点分析：
*	            1、框架是什么？（框架是能完成一定功能的半成品软件）
*	            2、框架能做什么？（能完成一定的功能，加快应用开发进度；给我们一个精良的程序架构）
*	            3、对框架的理解（基于框架的开发，事情还是那些事情，这是看谁做的问题；虽然基于框架开发，
*	                            可以不去做框架所做的事情，但是应该明白框架在做什么，以及框架是如何实现相应功能的）
*	            
*	            4、框架和设计模式的关系：
*	                《1》设计模式比框架更抽象（框架是已经实现出来的软件了，虽是半成品，但是已经实现了；但设计模式的重心是在解决问题的方案上，即思想层面）
*	                《2》设计模式是比框架更小的体系结构元素（框架的目标很明确，就是要解决某个领域的某些问题，是很具体的功能；不同领域实现出来的框架不一样）
*	                《3》框架比设计模式更加特例化（框架总是针对特定领域；  设计模式更加注重从思想是哪个、方法上解决问题，更加通用化）
*	            
*	    问题分析：
*	             1、需要实现导出数据的应用框架（即不管用户选择什么样的导出格式，最后打出的都是对应的文件；
*	               且系统并不知道究竟要导出成为什么样的文件；因此应该有一个统一的接口来描述系统最后生成的对象，
*	               并操作输出的文件） 【所以第一步就是设计一个导出文件的接口并定义导出方法】  
*	             2、对于实现导出数据的业务功能对象，它应该根据需要来创建相应的导出接口实现对象，因此特定的导出实现
*	                与具体的业务相关的；但是对于实现导出数据的业务功能对象来说，它并不知道应该创建哪一个导出接口对象，
*	                也不知道如何创建【即：对于实现导出数据业务的对象，它需要创建导出接口的具体对象，但它只知道导出接口
*	                却不知道其具体的实现，此时应该怎么办？】
*	                   
*	Date：2025
*	Version：0.1版本
*	Author：Coffee
*	Modify Recoder：***/using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出文件对象的接口/// </summary>internal interface IExportFile{//导出内容为文件bool Export(string data);}//Interface_end
}

2、继承导出内容接口实现具体的导出文件类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为文本格式的对象/// </summary>internal class ExportTxtFile : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到文本文件");return true;}}//Class_end
}

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为数据库格式的对象/// </summary>internal class ExportDB : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到数据库中");return true;}}//Class_end
}

3、实现导出操作类

/***
*	Title："设计模式" 项目
*		主题：工厂方法模式
*	Description：
*	    基础概念：工厂方法模式的本质是【延迟到子类来选择实现】
*	    工厂方法模式定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，FactoryMethod使一个类的实例化延迟到其子类
*	                   
*	    工厂方法模式的功能：是让父类在不知道具体实现的情况下，完成自身的功能调用；而具体的实现延迟到子类来实现；
*	            1、通常父类会是一个抽象类，里面包含创建所需对象的抽象方法，这些抽象方法就是工厂方法
*	                （注意：子类在实现这些抽象方法的时候，通常并不是真正地由子类来实现具体的功能，
*	                而是在子类的方法里面做选择，选择具体的产品实现对象）
*	            2、实现成具体的类（通常情况下需要具体的子类来决定要如何创建父类所需要的对象；
*	                通过工厂方法，可以让子类对象来覆盖父类的实现，从而提供更好的灵活性）
*	            3、工厂方法的参数和返回（工厂方法的实现中，可能需要参数，以便决定到底选用哪一种具体的实现；
*	                一般工厂方法返回的是被创建对象的接口对象，当然也可以是抽象类或者一个具体类的实例）
*	            4、谁来使用工厂方法创建对象（应该是Creator中的其他方法在使用工厂方法创建对象；客户端在使用Creator对象）    
*	    
*	    如何理解IOC/DI?【IOC---InversionofControl 控制反转】【DI---Dependency Injection 依赖注入】
*	            1、参与者都有谁？（一般有三方参与者：一个是某个对象（任意的普通对象）；另一个是IOC/DI的容器
*	            （指用来实现IOC/DI功能的一个框架程序）；最后一个是某个对象的外部资源）
*	            2、谁依赖于谁：当然是某个对象依赖于IOC/DI的容器
*	            3、为什么需要依赖：对象需要IOC/DI的容器来提供对象需要的外部资源
*	            4、谁注入于谁：IOC/DI的容器注入控制对象；
*	            5、到底注入什么：注入某个对象所需要的外部资源
*	            6、谁控制谁：当然是IOC/DI的容器来控制对象了
*	            7、控制什么：主要是控制对象实例的创建
*	            8、为何叫反转：反转是相对于正向而言的，那什么算是正向的呢？（常规情况下的应用程序：
*	                    如果A里面要使用C，你会怎么做？当然是直接创建C的对象【这种情况就被称为正向的】
*	                    【那什么是反向呢？就是A类中不再主动获取C，而是被动的等待，等待IOC/DI的容器获取一个C的实例，
*	                    然后反向地注入到A类中】）
*	            9、依赖注入和控制反转是同一概念吗？（依赖注入和控制反转是对同一件事情的不同描述；
*	                【依赖注入】是从应用程序的角度描述，即【应用程序依赖容器创建并注入它所需要的外部资源】
*	                【控制反转】是从容器的角度描述，即【容器控制应用程序，由容器反向地向应用程序注入其所需的外部资源】）
*	            10、工厂方法与IOC/DI的关系【工厂方法与IOC/DI的思想是相似的，都是主动变被动，进行了主从换位，从而获得了更灵活的程序结构】
*	     
*	     参数化工厂方法：指通过给工厂方法传递参数，让工厂方法根据参数的不同来创建不同的产品对象
*	     
*	     工厂方法模式的优点：
*	            1、可以在不知具体实现的情况下编程（若需要某个产品对象，只需要使用接口即可，无需关心具体实现，具体实现延迟到子类完成）
*	            2、更容易扩展对象的新版本（工厂方法给子类提供了一个挂钩（钩子方法hook），使得扩展新对象版本变得非常容易） 
*	            3、连接平行的类层次（工厂方法除了可以创造产品对象外，在连接平行的类层次上也容易） 
*	            
*	     工厂方法的缺点：
*	            1、具体产品对象与工厂方法的耦合性（在工厂方法模式中，工厂方法是需要创建具体产品对象的实例，因此具体产品对象与工厂方法耦合）
*	             
*	     何时选用工厂方法模式：
*	            1、如果一个类需要创建某个接口对象，但是又不知道具体的实现，可选择工厂方法模式，把创建对象工作延迟到子类实现；
*	            2、如果一个类本身就希望由它的子类来创建所需对象的时候，就使用工厂方法
*	             
*	Date：2025
*	Version：0.1版本
*	Author：Coffee
*	Modify Recoder：***/using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 实现导出数据的业务功能对象/// </summary>abstract class ExportOperate{//工厂方法，创建导出的接口对象protected abstract IExportFile FactoryMethod();//导出文件public bool Export(string data){//使用工厂方法IExportFile exportFile = FactoryMethod();return exportFile.Export(data);}}//Class_end
}

4、创建导出操作类的具体实现类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 具体的创建器实现对象，实现导出成本文本对象/// </summary>internal class ExportTxtFileOperate : ExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(){//创建导出为文本的对象return new ExportTxtFile();}}//Class_end
}

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 具体的创建器实现对象，实现创建导出数据库对象/// </summary>internal class ExportDBOperate : ExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(){//创建导出数据库对象return new ExportDB();}}//Class_end
}

5、客户端调用工厂方法测试

namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){FactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void FactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------工厂方法测试------");//创建需要使用的对象ExportOperate exportOperate = new ExportTxtFileOperate(); ;//调用导出方法exportOperate.Export("测试导出数据到文本文件");ExportOperate exportOperate2 =new ExportDBOperate();exportOperate2.Export("测试导出数据到数据库");}}//Class_end
}

运行结果如下：

2.2、IOC/DI与工厂方法示例

定义消息通知的接口

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo
{internal interface IC{void Notify(string info);}//Interface_end
}

2.2.1、IOC/DI示例

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo
{/// <summary>/// 我们需要再类A里面使用C,正常情况下我们是直接创建C的实例使用；/// 但我们让类A不在主动获取C,而是被动等待IOC/DI的容器获取一个C的实例，在注入到A类中/// </summary>internal class ClassA{//定义IC，但不实例化创建，等待被注入private IC c = null;public ClassA(IC c){//在这里等待IC对象实例的注入this.c = c;}public void Test(string info){//这里需要使用IC,但是并不主动实例化创建IC,直接从外部获取c.Notify(info);}}//Class_end
}

2.2.2、工厂方法实现IOC/DI示例

1、创建具体类实现IC接口

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{/// <summary>/// 具体实现IC接口的报警类/// </summary>internal class Alarm : IC{public void Notify(string info){Console.WriteLine($"具体实现接口方法的C1类对象，内容是【{info}】");}}//Class_end
}

2、定义抽象方法作为接口操作（也就是工厂方法）

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{abstract class ICOperate{//定义一个抽象方法作为工厂protected abstract IC CreateC();//这里需要使用C,但是不知道用哪一个，就不主动创建C了，直接使用，然后让子类实现，客户端选择public void MSGNotify(string info){CreateC().Notify(info);}}//Class_end
}

3、继承工厂方法的具体实现操作类

using FactoryMethodPattern.IOC_DI_Demo;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo
{internal class AlarmMSGOpearte : ICOperate{protected override IC CreateC(){//直接在具体的报警消息操作里面使用对应的对象return new Alarm();}}//Class_end
}

4、客户端调用实现IOC/DI示例的测试工厂方法Demo

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){FactoryMethodDemoTest();Console.ReadLine();}private static void FactoryMethodDemoTest(){//直接使用C操作类实例化了具体的报警消息操作对象类ICOperate cOperate = new AlarmMSGOpearte();//调用消息通知方法cOperate.MSGNotify("测试消息");}}//Class_end
}

运行结果如下：

2.3、参数化工厂方法

1、关于接口【IExportFile】与导出文本文件（ExportTxtFile）、数据库文件（ExportDB）内容都一样不变。

2、定义参数化工厂的操作方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{internal class ParameterExportOperate{/// <summary>/// 导出文件/// </summary>/// <param name="type">对象导出的类型</param>/// <param name="data">需要保存的数据</param>/// <returns>true：表示导出成功</returns>public bool Export(int type,string data){IExportFile exportFile = FactoryMethod(type);return exportFile.Export(data);}/// <summary>/// 工厂方法，创建导出内容的接口对象/// </summary>/// <param name="type">对象导出类型</param>/// <returns></returns>protected virtual IExportFile FactoryMethod(int type){IExportFile exportFile = null;switch (type){case 1:exportFile = new ExportTxtFile();break;case 2:exportFile = new ExportDB();break;default:break;}return exportFile;}}//Class_end
}

客户端调用该参数化工厂方法

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){ParameterFactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void ParameterFactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------参数化工厂方法测试------");//创建需使用的对象ParameterExportOperate parameterExportOperate = new ParameterExportOperate();//调用出书数据的功能方法parameterExportOperate.Export(1,"测试数据内容");parameterExportOperate.Export(2, "测试数据内容");}}//Class_end
}

运行结果如下：

3、扩展参数化工厂方法十分容易

《1》新增一个导出XML文件的方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{/// <summary>/// 导出为Xml格式的对象/// </summary>internal class ExportXml : IExportFile{public bool Export(string data){//简单示意Console.WriteLine($"导出【{data}】数据到XML文件中");return true;}}//Class_end
}

《2》定义一个类来拓展参数化导出操作类

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace FactoryMethodPattern
{internal class ExtandParameterExportOperate:ParameterExportOperate{protected override IExportFile FactoryMethod(int type){IExportFile exportFile = null;//可以全部覆盖重写，也可以直接添加类型实现拓展if (type == 3){exportFile = new ExportXml();}else{exportFile=base.FactoryMethod(type);}return exportFile;}}//Class_end
}

客户端调用该扩展的参数化工厂方法测试

using FactoryMethodPattern.FactoryMethodDemo;namespace FactoryMethodPattern
{internal class Program{static void Main(string[] args){ParameterFactoryMethodTest();Console.ReadLine();}private static void ParameterFactoryMethodTest(){Console.WriteLine("------参数化工厂方法测试------");//创建需使用的对象ParameterExportOperate parameterExportOperate = new ParameterExportOperate();//调用出书数据的功能方法parameterExportOperate.Export(1,"测试数据内容");parameterExportOperate.Export(2, "测试数据内容");Console.WriteLine("\n--使用拓展的方法--");ParameterExportOperate extandExportOperate = new ExtandParameterExportOperate();extandExportOperate.Export(1, "测试内容1");extandExportOperate.Export(2, "测试内容2");extandExportOperate.Export(3,"测试内容3");}}//Class_end
}