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工厂模式详解
一、概述
工厂模式（Factory Pattern） 是一种 创建型设计模式，用于 封装对象的创建逻辑，避免在代码中直接实例化对象，从而提高代码的 可维护性、扩展性和解耦性。
二、工厂模式分类
工厂模式包括 简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式，它们的扩展性和复杂度逐步递进：
| 设计模式 | 主要特点 | 适用场景 | 代码复杂度 | 是否符合开闭原则 |
|---|---|---|---|---|
| 简单工厂模式 | 由一个工厂类创建对象 | 对象种类少，变化不大 | ⭐⭐ | ❌ 否 |
| 工厂方法模式 | 每个产品有自己的工厂类 | 对象种类多，需要扩展性 | ⭐⭐⭐ | ✅ 是 |
| 抽象工厂模式 | 创建 多个相关对象 的工厂 | 需要管理多个产品族 | ⭐⭐⭐⭐ | ✅ 是 |
三、工厂模式的实现
（一）简单工厂模式（Simple Factory Pattern）
1. 介绍
- 通过 一个工厂类 负责创建所有对象，根据 参数 返回不同的实例。
- 缺点：违反 开闭原则（OCP），每次新增对象类型都要修改工厂类。
2. 示例：支付系统（支付宝/微信支付）
class Payment:def pay(self, amount):passclass Alipay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用支付宝支付 {amount} 元"class WeChatPay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用微信支付 {amount} 元"class PaymentFactory:@staticmethoddef create_payment(method):if method == "alipay":return Alipay()elif method == "wechat":return WeChatPay()else:raise ValueError("不支持的支付方式")# 使用工厂创建对象
payment = PaymentFactory.create_payment("alipay")
print(payment.pay(100)) # 输出：使用支付宝支付 100 元
3. 优缺点
✅ 优点：
- 代码集中管理对象的创建，降低耦合度。
- 适用于 对象种类少，变化不大的情况。
❌ 缺点：
- 不符合开闭原则（OCP），新增支付方式需要修改
PaymentFactory代码。
（二）工厂方法模式（Factory Method Pattern）
1. 介绍
- 每个产品都有自己的工厂，创建逻辑封装在具体工厂类中。
- 符合开闭原则（OCP），新增产品时无需修改现有代码，只需新增具体工厂类。
2. 示例：多种支付方式
from abc import ABC, abstractmethod# 抽象产品
class Payment(ABC):@abstractmethoddef pay(self, amount):pass# 具体产品
class Alipay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用支付宝支付 {amount} 元"class WeChatPay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用微信支付 {amount} 元"# 抽象工厂
class PaymentFactory(ABC):@abstractmethoddef create_payment(self):pass# 具体工厂
class AlipayFactory(PaymentFactory):def create_payment(self):return Alipay()class WeChatPayFactory(PaymentFactory):def create_payment(self):return WeChatPay()# 使用工厂方法
factory = WeChatPayFactory()
payment = factory.create_payment()
print(payment.pay(200)) # 输出：使用微信支付 200 元
3. 优缺点
✅ 优点：
- 符合开闭原则，扩展新支付方式时，只需新增工厂类。
- 每个产品的创建逻辑独立，符合 单一职责原则。
❌ 缺点：
- 需要创建多个工厂类，代码量增加。
（三）抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
1. 介绍
- 工厂方法模式的扩展，用于创建 多个相关对象（产品族）。
- 适用于 多个产品族，如不同品牌的 UI 组件、数据库连接等。
2. 示例：支付 + 订单管理
from abc import ABC, abstractmethod# 抽象产品A：支付方式
class Payment(ABC):@abstractmethoddef pay(self, amount):pass# 具体产品A
class Alipay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用支付宝支付 {amount} 元"class WeChatPay(Payment):def pay(self, amount):return f"使用微信支付 {amount} 元"# 抽象产品B：订单管理
class OrderManager(ABC):@abstractmethoddef create_order(self, order_id):pass# 具体产品B
class AlipayOrderManager(OrderManager):def create_order(self, order_id):return f"支付宝创建订单 {order_id}"class WeChatOrderManager(OrderManager):def create_order(self, order_id):return f"微信创建订单 {order_id}"# 抽象工厂
class PaymentFactory(ABC):@abstractmethoddef create_payment(self):pass@abstractmethoddef create_order_manager(self):pass# 具体工厂
class AlipayFactory(PaymentFactory):def create_payment(self):return Alipay()def create_order_manager(self):return AlipayOrderManager()class WeChatFactory(PaymentFactory):def create_payment(self):return WeChatPay()def create_order_manager(self):return WeChatOrderManager()# 使用抽象工厂
factory = WeChatFactory()
payment = factory.create_payment()
order_manager = factory.create_order_manager()print(payment.pay(300)) # 输出：使用微信支付 300 元
print(order_manager.create_order("WX12345")) # 输出：微信创建订单 WX12345
3. 优缺点
✅ 优点：
- 适用于 多个产品族，保证产品之间的兼容性。
- 符合开闭原则，易于扩展。
❌ 缺点：
- 代码结构复杂，适用于大型系统。
四、总结与对比
| 设计模式 | 适用场景 | 是否符合开闭原则 | 是否易扩展 | 代码复杂度 |
|---|---|---|---|---|
| 简单工厂 | 对象种类少，变化不大 | ❌ 否 | ❌ 不易扩展 | ⭐⭐ |
| 工厂方法 | 对象种类较多，需要扩展性 | ✅ 是 | ✅ 易扩展 | ⭐⭐⭐ |
| 抽象工厂 | 需要创建多个相关对象（产品族） | ✅ 是 | ✅ 易扩展 | ⭐⭐⭐⭐ |
五、如何选择合适的工厂模式？
- 对象较少，创建逻辑简单 ➝ 简单工厂模式。
- 对象较多，扩展性要求高 ➝ 工厂方法模式。
- 需要创建多个相关对象（产品族） ➝ 抽象工厂模式。
通过 层层递进 的工厂模式，我们可以 封装对象创建逻辑，提高代码的 可维护性 和 扩展性，在实际开发中选择合适的工厂模式，提升代码质量！ 🚀