设计模式笔记 – 抽象工厂模式

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。在抽象工厂模式中,接口是负责创建一个相关对象的工厂,不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

介绍

  • 意图: 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定它们具体的类。
  • 主要解决: 主要解决接口选择的问题。
  • 何时使用: 系统的产品有多于一个的产品族,而系统只消费其中某一族的产品。
  • 如何解决: 在一个产品族里面,定义多个产品。
  • 关键代码: 在一个工厂里聚合多个同类产品。
  • 优点: 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时,它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。
  • 缺点: 产品族扩展非常困难,要增加一个系列的某一产品,既要在抽象的 Creator 里加代码,又要在具体的里面加代码。
  • 应用实例: 工作了,为了参加一些聚会,肯定有两套或多套衣服吧,比如说有商务装(成套,一系列具体产品)、时尚装(成套,一系列具体产品),甚至对于一个家庭来说,可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装,这些也都是成套的,即一系列具体产品。假设一种情况(现实中是不存在的,要不然,没法进入共产主义了,但有利于说明抽象工厂模式),在您的家中,某一个衣柜(具体工厂)只能存放某一种这样的衣服(成套,一系列具体产品),每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解,所有的衣柜(具体工厂)都是衣柜类的(抽象工厂)某一个,而每一件成套的衣服又包括具体的上衣(某一具体产品),裤子(某一具体产品),这些具体的上衣其实也都是上衣(抽象产品),具体的裤子也都是裤子(另一个抽象产品)。
  • 使用场景: 1、QQ 换皮肤,一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。
  • 注意事项: 产品族难扩展,产品等级易扩展。

示例

我们将创建 ShapeColor 接口和实现这些接口的实体类。下一步是创建抽象工厂类 AbstractFactory。接着定义工厂类 ShapeFactoryColorFactory,这两个工厂类都是扩展了 AbstractFactory。然后创建一个工厂创造器/生成器类 FactoryProducer

AbstractFactoryPatternDemo,我们的演示类使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory 对象。它将向 AbstractFactory 传递形状信息 ShapeCIRCLE / RECTANGLE / SQUARE),以便获取它所需对象的类型。同时它还向 AbstractFactory 传递颜色信息 ColorRED / GREEN / BLUE),以便获取它所需对象的类型。

Java 实现

创建形状接口

public interface Shape {
    void draw();
}

创建实现形状接口的实体类

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Rectangle::draw()");
    }
}
public class Square implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Square::draw()");
    }
}
public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle::draw()");
    }
}

创建颜色接口

public interface Color {
    void fill();
}

创建实现颜色接口的实体类

public class Red implements Color {
    @Override
    public void fill() {
        System.out.println("Red::fill()");
    }
}
public class Green implements Color {
    @Override
    public void fill() {
        System.out.println("Green::fill()");
    }
}
public class Blue implements Color {
    @Override
    public void fill() {
        System.out.println("Blue::fill()");
    }
}

为颜色和形状对象创建抽象工厂类

public abstract class AbstractFactory {
    public abstract Color getColor(String color);
    public abstract Shape getShape(String shape);
}

创建拓展了抽象工厂类的工厂类

public class ShapeFactory extends AbstractFactory {
    @Override
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) {
            return null;
        }
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
            return new Rectangle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")) {
            return new Square();
        }
        return null;
    }
    @Override
    public Color getColor(String color){
        return null;
    }
}
public class ColorFactory extends AbstractFactory {
    @Override
    public Shape getShape(String shape){
        return null;
    }
    @Override
    public Color getColor(String color) {
        if (color == null) {
            return null;
        }
        if (color.equalsIgnoreCase("RED")) {
            return new Red();
        } else if (color.equalsIgnoreCase("GREEN")) {
            return new Green();
        } else if (color.equalsIgnoreCase("BLUE")) {
            return new Blue();
        }
        return null;
    }
}

创建一个工厂创造器/生成器类

public class FactoryProducer {
    public static AbstractFactory getFactory(String choice) {
        if (choice.equelsIgnoreCase("SHAPE")) {
            return new ShapeFactory();
        } else if (choice.equelsIgnoreCase("COLOR")) {
            return new ColorFactory();
        }
        return null;
    }
}

使用

public class AbstractFactoryPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");
        AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");

        Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
        shape1.draw();

        Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
        shape2.draw();

        Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
        shape3.draw();

        Shape color1 = colorFactory.getShape("RED");
        color1.fill();

        Shape color2 = colorFactory.getShape("GREEN");
        color2.fill();

        Shape color3 = colorFactory.getShape("BLUE");
        color3.fill();
    }
}

Python 实现

import abc

class Shape(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def draw(self): ...

class Color(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def fill(self): ...

class Rectangle(Shape):
    def draw(self):
        print("Rectangle::draw()")

class Square(Shape):
    def draw(self):
        print("Square::draw()")

class Circle(Shape):
    def draw(self):
        print("Circle::draw()")

class Red(Color):
    def fill(self):
        print("Red::fill()")

class Green(Color):
    def fill(self):
        print("Green::fill()")

class Blue(Color):
    def fill(self):
        print("Blue::fill()")

class AbstractFactory(abc.ABC):
    @abc.abstractmethod
    def get_color(self, color) -> Color: ...

    @abc.abstractmethod
    def get_shape(self, shape) -> Shape: ...

class ShapeFactory(AbstractFactory):
    def get_shape(self, shape):
        if shape == "CIRCLE":
            return Circle()
        if shape == "RECTANGLE":
            return Rectangle()
        if shape == "SQUARE":
            return Square()
        return None

    def get_color(self, color):
        return None

class ColorFactory(AbstractFactory):
    def get_color(self, color):
        if color == "RED":
            return Red()
        if color == "GREEN":
            return Green()
        if color == "BLUE":
            return Blue()
        return None

    def get_shape(self, shape):
        return None

class FactoryProducer(object):
    @staticmethod
    def get_factory(choice) -> AbstractFactory:
        if choice == "SHAPE":
            return ShapeFactory()
        if choice == "COLOR":
            return ColorFactory()
        return None

if __name__ == "__main__":
    shape_factory = FactoryProducer.get_factory("SHAPE")
    color_factory = FactoryProducer.get_factory("COLOR")

    shape1 = shape_factory.get_shape("CIRCLE")
    shape1.draw()

    shape2 = shape_factory.get_shape("RECTANGLE")
    shape2.draw()

    shape3 = shape_factory.get_shape("SQUARE")
    shape3.draw()

    color1 = color_factory.get_color("RED")
    color1.fill()

    color2 = color_factory.get_color("GREEN")
    color2.fill()

    color3 = color_factory.get_color("BLUE")
    color3.fill()

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