實例講解Python設計模式編程之工廠方法模式的使用

工廠方法模式是簡單工廠模式的進一步抽象和推廣，它不僅保持了簡單工廠模式能夠向客戶隱藏類的實例化過程這一優點，而且還通過多態性克服了工廠類過于復雜且不易于擴展的缺點。在工廠方法模式中，處于核心地位的工廠類不再負責所有產品的創建，而是將具體的創建工作交由子類去完成。工廠方法模式中的核心工廠類經過功能抽象之后，成為了一個抽象的工廠角色，僅負責給出具體工廠子類必須實現的接口，而不涉及哪種產品類應當被實例化這一細節。工廠方法模式的一般性結構如下圖所示，圖中為了簡化只給出了一個產品類和一個工廠類，但在實際系統中通常需要設計多個產品類和多個工廠類。

工廠方法模式的實質是將對象的創建延遲到其子類實現，即由子類根據當前情況動態決定應該實例化哪一個產品類。從上圖可以看出，工廠方法模式涉及到抽象工廠角色、具體工廠角色、抽象產品角色和具體產品角色四個參與者。

• 抽象工廠（Creator）角色　　是工廠方法模式的核心，它負責定義創建抽象產品對象的工廠方法。抽象工廠不能被外界直接調用，但任何在模式中用于創建產品對象的工廠類都必須實現由它所定義的工廠方法。
• 具體工廠（Concrete Creator）角色　　是工廠方法模式的對外接口，它負責實現創建具體產品對象的內部邏輯。具體工廠與應用密切相關，可以被外界直接調用，創建所需要的產品。
• 抽象產品（Product）角色　　是工廠方法模式所創建的所有對象的父類，它負責描述所有具體產品共有的公共接口。
• 具體產品（Concrete Product）角色　　是工廠方法模式的創建目標，所有創建的對象都是充當這一角色的某個具體類的實例。

抽象工廠角色負責聲明工廠方法（factory method），用來"生產"抽象產品，以下是抽象工廠的示例性Python代碼：

 creator.py
class Creator:

""" 抽象工廠角色 """

# 創建抽象產品的工廠方法
def factoryMethod(self):
pass

具體工廠角色負責創建一個具體產品的實例，并將其返回給調用者。具體工廠是與具體產品相關的，實現時一般常用的做法是為每個具體產品定義一個具體工廠。以下是具體工廠的示例性Python代碼：
concretecreator.py
class ConcreteCreator(Creator):
  """ 具體工廠角色 """    
# 創建具體產品的工廠方法
def factoryMethod(self):
product = ConcreteProduct()
return product

抽象產品角色的主要目的是為所有的具體產品提供一個共同的接口，通常只需給出相應的聲明就可以了，而不用給出具體的實現。以下是抽象產品類的示例性Python代碼：
product.py
class Product:
  """ 抽象產品角色 """
    
# 所有產品類的公共接口
def interface(self):
pass

具體產品角色充當最終的創建目標，一般來講它是抽象產品類的子類，實現了抽象產品類中定義的所有工廠方法，實際應用時通常會具有比較復雜的業務邏輯。以下是具體產品類的示例性Python代碼：
concreteproduct.py
class ConcreteProduct(Product):
  """ 具體產品角色 """
     
# 公共接口的實現
def interface(self):
print "Concrete Product Method"
在應用工廠方法模式時，通常還需要再引入一個客戶端角色，由它負責創建具體的工廠對象，然后再調用工廠對象中的工廠方法來創建相應的產品對象。以下是客戶端的示例性Python代碼：
client.py
class Client:
  """ 客戶端角色 """
     
def run(self):
 creator = ConcreteCreator()
 product = creator.factoryMethod()
 product.interface()
# 主函數
if (__name__ == "__main__"):
 client = Client()
 client.run()

在這個簡單的示意性實現里，充當具體產品和具體工廠角色的類都只有一個，但在真正的實際應用中，通常遇到的都是同時會有多個具體產品類的情況，此時相應地需要提供多個具體工廠類，每個具體工廠都負責生產對應的具體產品。
工廠方法模式的活動序列如下圖所示，客戶端Client首先創建ConcreteCreator對象，然后調用ConcreteCreator對象的工廠方法factoryMethod()，由它負責"生產"出所需要的ConcreteProduct對象。

下面我們來看一個具體案例：
如果你開一家Pizza店（PizzaStore抽象類）賣各種風味的Pizza（Pizza子類），那么你需要根據客戶要求準備相應的Pizza（創建Pizza對象），然后烘烤、切片、包裝；
最簡單的做法就是在PizzaStore中根據客戶要求（類型判斷）創建相應的Pizza對象，然后調用Pizza自身（由Pizza抽象類實現）的烘烤、切片和包裝方法；
但這樣的代碼缺乏彈性，因為你讓一個抽象類去依賴具體的對象；我們可以創建一個工廠來生產Pizza，根據傳入的不同類型值返回不同Pizza對象，即從PizzaStore中將創建對象的代碼挪到工廠中。但這只是一個編程技巧，并不算模式。
在工廠方法模式中，我們在PizzaStore中定義一個抽象接口（create_pizza）作為抽象的工廠，而order_pizza是它的客戶；將Pizza對象的創建放到PizzaStore子類去解決。
現有Cheese和Clam兩款Pizza，以及NY和Chicago兩家分店，每家店的同款Pizza的口味不同——為迎合當地口味做了改進，主要差別來自不同的原材料，因此我們實現四個Pizza類型（NYStyleCheesePizza、NYStyleClamPizza、ChicagoStyleCheesePizza和ChicagoStyleClamPizza），每種使用不同的原材料組合，根據客戶所在城市和選擇款式我們創建不同的對象；根據工廠方法，我們將對象創建的代碼放到PizzaStore子類去實現。
代碼：

#!/usr/bin/python
 
class Pizza:
 name = ""
 dough = ""
 sauce = ""
 toppings = []
 
 def prepare(self):
  print "Preparing %s" % self.name
  print " dough: %s" % self.dough
  print " sauce: %s" % self.sauce
  print " add toppings:"
  for n in self.toppings:
   print "  %s" % n
 
 def bake(self):
  print "Bake for 25 minutes at 350."
 
 def cut(self):
  print "Cutting into diagonal slices."
 
 def box(self):
  print "Put into official box."
 
 def get_name(self):
  return self.name
 
 
class PizzaStore:
 def order_pizza(self, pizza_type):
  self.pizza = self.create_pizza(pizza_type)
  self.pizza.prepare()
  self.pizza.bake()
  self.pizza.cut()
  self.pizza.box()
  return self.pizza
 
 def create_pizza(self, pizza_type):
  pass
 
 
class NYStyleCheesePizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "NY Style Cheese Pizza"
  self.dough = "NY Dough"
  self.sauce = "NY Sauce"
  self.toppings.append("NY toopping A")
  self.toppings.append("NY toopping B")
 
 
class ChicagoStyleCheesePizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "Chicago Style Cheese Pizza"
  self.dough = "Chicago Dough"
  self.sauce = "Chicago Sauce"
  sefl.toppings.append("Chicago toopping A")
 
 def cut(self):
  print "Cutting into square slices."
 
 
class NYStyleClamPizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "NY Style Clam Pizza"
  self.dough = "NY Dough"
  self.sauce = "NY Sauce"
  self.toppings.append("NY toopping A")
  self.toppings.append("NY toopping B")
 
 
class ChicagoStyleClamPizza(Pizza):
 def __init__(self):
  self.name = "Chicago Style Clam Pizza"
  self.dough = "Chicago Dough"
  self.sauce = "Chicago Sauce"
  self.toppings.append("Chicago toopping A")
 
 def cut(self):
  print "Cutting into square slices."
 
 
class NYPizzaStore(PizzaStore):
 def create_pizza(self, pizza_type):
  if pizza_type == "cheese":
   return NYStyleCheesePizza()
  elif pizza_type == "clam":
   return NYStyleClamPizza()
  else:
   return None
 
 
class ChicagoPizzaStore(PizzaStore):
 def create_pizza(self, pizza_type):
  if pizza_type == "cheese":
   return ChicagoStyleCheesePizza()
  elif pizza_type == "clam":
   return ChicagoStyleClamPizza()
  else:
   return None
 
if __name__ == "__main__":
 ny_store = NYPizzaStore()
 chicago_store = ChicagoPizzaStore()
 
 pizza = ny_store.order_pizza("cheese")
 print "Mike ordered a %s." % pizza.get_name()
 print
 
 pizza = chicago_store.order_pizza("clam")
 print "John ordered a %s." % pizza.get_name()
 print
輸出：    
Preparing NY Style Cheese Pizza
 dough: NY Dough
 sauce: NY Sauce
 add toppings:
  NY toopping A
  NY toopping B
Bake for 25 minutes at 350.
Cutting into diagonal slices.
Put into official box.
Mike ordered a NY Style Cheese Pizza.
 
Preparing Chicago Style Clam Pizza
 dough: Chicago Dough
 sauce: Chicago Sauce
 add toppings:
  NY toopping A
  NY toopping B
  Chicago toopping A
Bake for 25 minutes at 350.
Cutting into square slices.
Put into official box.
John ordered a Chicago Style Clam Pizza.