简单工厂模式(SimpleFactory Pattern)

一、模式概述
从设计模式的类型上来说，简单工厂模式是属于创建型模式，又叫做静态工厂方法（Static Factory Method）模式，但不属于23种GOF设计模式之一。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂模式的一个特殊实现，学习了此模式可以为后面的很多中模式打下基础。那好，我们就来了解下什么是简单工厂模式？

我们来分析一个现实生活中的案例，每天早晨起床洗唰后是干什么呢？吃早餐（这里只针对在外吃早餐的上班族）、坐车（我是穷人只有坐公交，当然很多有钱人都自己有车，这里不考虑这些）去公司上班、是这样的吗？OK，下面就来分析下吃早餐中的故事，大家先看看下面这个图：



当我们在买早餐的时候，早餐店里都卖得写什么呢？这点你有注意吗？众多食品摆在那里，你只对营业员说你要何种食品，他便会知道给你拿什么样的食品给你，这说明什么呢？如果用面向对象的思想来理解的话，营业员在这里就充当了一个工厂的角色，他负责根据你的请求返回你需要的食品对象。而这一点正是简单工厂模式的意图。

二、模式意图
简单工厂模式根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。

三、模式UML图
下面是简单工厂模式的示意性UML图：



如上图，简单工厂模式UML我画了两种，详细如下：
① 只有一个产品对象的简单工厂模式。
② 带有一个抽象产品对象的简单工厂模式。

四、模式参与者


工厂（Factory）角色：接受客户端的请求，通过请求负责创建相应的产品对象。


抽象产品（AbstractProduct）角色: 是工厂模式所创建对象的父类或是共同拥有的接口。可是抽象类或接口。


具体产品（ConcreteProduct）对象：工厂模式所创建的对象都是这个角色的实例。

五、模式实现
我们通过上面的分析，已经清晰的知道了工厂模式中的各种角色和职责，那工厂模式通过代码是怎么实现的呢？OK，下面将继续分析上面的吃早餐中的故事，做一个简单的示例实现。
1、首先我们来看看只有一个产品对象的简单工厂模式的实现。其实这很好理解，就当店里只卖一种食品，这里以馒头为例。
1 /// <summary>
2 /// 馒头
3 /// </summary>
4 public class SteamedBread
5 {
6 /// <summary>
7 /// 构造方法
8 /// </summary>
9 public SteamedBread()
10 { }
11
12 /// <summary>
13 /// 销售价格
14 /// </summary>
15 private double price=0.5;
16 public double Price
17 {
18 get { return price; }
19 set { price = value; }
20 }
21 }

OK，产品对象建立好了，下面就是创建工厂(Factory)对象了。
1 /// <summary>
2 /// 工厂角色
3 /// </summary>
4 public class Factory
5 {
6 /// <summary>
7 /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
8 /// </summary>
9 /// <returns></returns>
10 public static SteamedBread CreateInstance()
11 {
12 return new SteamedBread();
13 }
14 }

此时，客户端可以这样来调用：
1 public class Client
2 {
3 public static void Main(string[] args)
4 {
5 //通过工厂创建一个产品的实例
6 SteamedBread sb = Factory.CreateInstance();
7 Console.WriteLine("馒头{0}元一个！", sb.Price);
8 }
9 }

如上就完成了一个简单工厂模式的简单实现，一个产品和一个工厂，工厂负责创建这个产品。但是者种实现有一定的缺陷，为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建，如果有多个产品则需要定义多个静态方法分别返回不同的对象，用设计原则来说的话这样的实现不符合依赖倒置原则(DIP)。如果系统里只有一个单独的产品对象，那么采用这种实现是完全可以的。UML图如下：



2、带抽象产品（AbstractProduct）角色的简单工厂模式实现
从上面分析中得知，这种实现得为每一种产品创建一个静态方法来完成产品对象的创建。虽然带有简单工厂的性质，但是又好象不能够完全体现出简单工厂模式的意图。简单工厂的意图是：根据提供给他的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。根据意图出发进行分析，要实现完全满足简单工厂模式意图的程序，也就得根据提供给工厂的数据，让工厂根据这个数据来进行判断，然后返回相应的对象。OK，看看是下面这样的吗？



示意性代码如下：
1 /// <summary>
2 /// 食品接口----扮演抽象产品角色
3 /// </summary>
4 public interface IFood
5 {
6 /// <summary>
7 /// 每种食品都有销售价格,这里应该作为共性提升到父类或是接口来
8 /// 由于我们只需要得到价格,所以这里就只提供get属性访问器
9 /// </summary>
10 double price{get;}
11 }
12 ------------------------------------------------------------------------------------
13 /// <summary>
14 /// 馒头
15 /// </summary>
16 public class SteamedBread:IFood
17 {
18 /// <summary>
19 /// 构造方法
20 /// </summary>
21 public SteamedBread()
22 { }
23
24 public double price
25 {
26 get
27 {
28 return 0.5;
29 }
30 }
31 }
32 ------------------------------------------------------------------------------------
33 /// <summary>
34 /// 包子
35 /// </summary>
36 public class SteamedStuffed:IFood
37 {
38 public SteamedStuffed()
39 { }
40
41 /// <summary>
42 /// 销售价格
43 /// </summary>
44 public double price
45 {
46 get
47 {
48 return 0.6; //0.6元一个
49 }
50 }
51 }
52 ------------------------------------------------------------------------------------
53 /// <summary>
54 /// 工厂角色
55 /// </summary>
56 public class Factory
57 {
58 /// <summary>
59 /// 创建一个馒头(SteamedBread)对象
60 /// </summary>
61 /// <returns></returns>
62 public static IFood CreateInstance(string key)
63 {
64 if (key == "馒头")
65 {
66 return new SteamedBread();
67 }
68 else
69 {
70 return new SteamedStuffed();
71 }
72 }
73 }
74 ------------------------------------------------------------------------------------
75 public class Client
76 {
77 public static void Main(string[] args)
78 {
79 //通过工厂创建一个产品的实例
80 IFood food = Factory.CreateInstance("馒头");
81 Console.WriteLine("馒头{0}元一个！", food.price);
82
83 food = Factory.CreateInstance("包子");
84 Console.WriteLine("包子{0}元一个！", food.price);
85 }
86 }

此时的设计就已经完全符合简单工厂模式的意图了。顾客(Client)对早餐店营业员(Factory)说，我要“馒头”，于是营业员便根据顾客所提供的数据（馒头）,去众多食品中找，找到了然后就拿给顾客。

3、模式的演变实现
有些情况下Simple Factory可以由抽象产品角色扮演，一个抽象产品类同时是子类的工厂。也就是说，抽象产品角色扮演两种角色和职责，出了基本的定义还还兼任工厂角色的职责，负责产品的创建工作。这里我们在上面的例子基础上适当修改一下OK了，新建立一个抽象类(Evolution):
1 /// <summary>
2 /// 兼任抽象产品角色和工厂角色两种角色
3 /// </summary>
4 public abstract class Evolution
5 {
6 /// <summary>
7 /// 共性字段
8 /// </summary>
9 private double price;
10 public double Price
11 {
12 get { return price; }
13 set { price = value; }
14 }
15
16
17 public static Evolution CreateInstance(string key)
18 {
19 if (key == "馒头")
20 {
21 return new SteamedBread();
22 }
23 else
24 {
25 return new SteamedStuffed();
26 }
27 }
28 }

那现在，具体的产品对象的设计也应该修改了，把原来实现于IFood接口改为继承此抽象类，如下：
1 public class SteamedBread : Evolution
2 {
3 public SteamedBread()
4 {
5 this.Price = 0.5; //在构造方法里初始话属性的值
6 }
7 }
8
9 public class SteamedStuffed : Evolution
10 {
11 public SteamedStuffed()
12 {
13 this.Price = 0.6;
14 }
15 }

通过上面的演化，此时客户端的调用如下：
1 public class Client
2 {
3 public static void Main(string[] args)
4 {
5 Evolution el = Evolution.CreateInstance("包子");
6 Console.WriteLine("包子{0}元一个！", el.Price);
7 }
8 }

UML草图如下：



在实际的开发中，这种演化是很适用的，可以说是一种编程技巧吧。

4、模式的其他演变
如果系统中只有唯一的一个具体产品对象，那么可以省略抽象产品角色。这一种其实也就是本钱前面的第一种模式实现。
如果抽象产品角色省略，那么工厂角色就可以与具体产品角色合并。也就是说一个产品类就是自身的工厂。这样把原有三个独立的角色：抽象产品角色、具体产品角色和工厂角色合并为一个，这个类自己负责创建自己的实例。

注：以上演变可以从上面的程序代码中直接修改而来，这里我就不贴代码了。

六、模式优缺点


工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅"消费"产品。简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割。


当产品有复杂的多层等级结构时，工厂类只有自己，以不变应万变，就是模式的缺点。因为工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。


系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，有可能造成工厂逻辑过于复杂,违背了"开放--封闭"原则(OCP).另外，简单工厂模式通常使用静态工厂方法，这使得无法由子类继承，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

七、相关模式


工厂方法模式：每个产品由一个专门的工厂来负责创建。是一种只有唯一一个产品的实现，带有简单工厂的性质。


抽象工厂模式：大致和工厂方法相同。


单例模式：单例的实现和上面模式演变中的最后一种很相似，只要把构造器私有便OK。