【設計模式】工廠方法模式

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0 簡單工廠模式 0.0 簡單工廠模式動機 考慮一個簡單的軟體應用場景,一個軟體系統可提供多個外觀不同按鈕(如圓形、矩形按、菱形按鈕等), 這些按鈕都源自同一個父類,不過在繼承父類後不同的子類修改了部分屬性從而使得它們可呈現不同外觀,如果希望在使用這些按鈕時,不需要知道這些具體按鈕類的名字,只需要知 ...


  0 簡單工廠模式

  0.0 簡單工廠模式動機

  考慮一個簡單的軟體應用場景,一個軟體系統可提供多個外觀不同按鈕(如圓形、矩形按、菱形按鈕等), 這些按鈕都源自同一個父類,不過在繼承父類後不同的子類修改了部分屬性從而使得它們可呈現不同外觀,如果希望在使用這些按鈕時,不需要知道這些具體按鈕類的名字,只需要知道表示該按鈕類的一個參數,並提供一個調用方便的方法,把該參數傳入方法即可返回一個相應的按鈕對象,此時,就可以使用簡單工廠模式。

  0.1 模式定義

  簡單工廠模式(Simple Factory Pattern):又稱靜態工廠方法(Static Factory Method)    模式,它屬於類創建型模式。在簡單工廠模式中,可以根據參數的不同返回不同類的實例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責創建其他類的實例,被創建的實例通常都具有共同的父類。

  0.2 模式結構

  簡單工廠模式包含如下角色:

  • Factory:工廠角色
    工廠角色負責實現創建所有實例的內部邏輯
  • Product:抽象產品角色
    抽象產品角色是所創建的所有對象的父類,負責描述所有實例所共有的公共介面
  • ConcreteProduct:具體產品角色
  具體產品角色是創建目標,所有創建的對象都充當這個角色的某個具體類的實例。

 

0.3 簡單工廠模式的缺點

  • 由於工廠類集中了所有產品創建邏輯,一旦不能正常工作,整個系統都要受到影響。
  • 使用簡單工廠模式將會增加系統中類的個數,在一定程式上增加了系統的複雜度和理解難度。
  • 系統擴展困難,一旦添加新產品就不得不修改工廠邏輯,在產品類型較多時,有可能造成工廠邏輯過於複雜,不利於系統的擴展和維護。
  • 簡單工廠模式由於使用了靜態工廠方法,造成工廠角色無法形成基於繼承的等級結構

1.工廠方法模式(Factory Method Pattern)

1.1 模式動機

在簡單工廠模式的例子中,設計一個按鈕工廠類(父類)統一負責所有產品創建。

在工廠方法模式中,將具體按鈕的創建過程,交給專門的工廠子類做。

先定義一個抽象的按鈕工廠類,在定義具體的工廠類生成(圓形,矩形,菱形按鈕),它們實現在抽象按鈕工廠類中定義方法。

如果出現新的按鈕類型,只需為此創建一個新的具體工廠類獲得實例。

1.2 模式定義

工廠方法模式也叫虛擬構造器,也叫多態工廠模式。

在工廠方法模式中,工廠父類負責定義創建產品對象的公共介面,

工廠子類負責生成具體的產品對象,這樣做的好處:將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成,即:通過工廠子類確定實例化罵一個具體產品。

1.3.模式結構

工廠方法模式包含如下角色:

  • Product:抽象產品
  • ConcreteProduct:具體產品
  • Factory:抽象工廠
  • ConcreteFactory:具體工廠

 

1.4.模式分析

工廠模式的主要功能:核心的工廠類不再負責所有產品的創建,將具體的創建交給子類做,核心的工廠類只負責給出具體工廠必須實現的介面,不負責哪一個產品類被實例化的細節,即可達到不修改工廠角色的情況下引入新產品。

工廠父類:定義創建產品對象的公共介面;

工廠子類:負責生成具體的產品對象;子類決定具體實例化哪一個具體產品類;

1.5 適用環境

  • 一個類不知道它所需要的對象的類
  • 一個類通過其子類來指定創建哪個對象
  • 將創建對象額任務交給多個工廠子類的某一個

1.6 模式擴展

  • 適用多個工廠方法:在抽象工廠角色中定義多個工廠方法,實現不同的業務邏輯
  • 產品對象的重覆使用:工廠對象將一個已經創建過的產品保存在一個集合(數組、List),根據用戶請求對集合進行查詢。如果沒有想要的對象,就創建一個並且加入到集合中在返回給用戶。

2.單例模式(singleton Pattern)

2.1 模式定義

單例模式確保某一個;類只有一個實例,並自行實例化向整個系統提供該實例,該類成為單例類,它提供全局訪問方法。

單例模式的三個要點:

  • 某一個類只能有一實例
  • 它必須能自行創建這個實例
  • 它必須自行向整個系統提供這個實例

2.2 模式結構

  • SIngleton: 單例

 

 2.3 模式分析

單例模式保證一個類只有一個實例,單例類擁有一個私有構造器,確定用戶無法通過new關鍵字直接實例化它,該模式中包含一個靜態私有成員變數與一個靜態公有的工廠方法,該方法負責檢查實例的存在性和實例化自己,然後存儲在靜態成員變數中,以確保只有一個實例被創建。

單例模式實現的過程需要註意:

  • 單例類的構造函數為私有;
  • 提供一個自身的靜態私有成員變數;
  • 提供一個公有的靜態工廠方法。

2.4 實例

在OS中,列印池是一個用於管理列印任務的應用程式,通過列印池用戶可刪除,中止,或者改變列印任務的優先順序,在一個OS中只允許運行一個列印池對象,如果重覆創建列印池會拋出異常。

2.5 適用環境

  • 系統只需要一個實例對象,如系統要求提供一個唯一的序列號生成器,或者需要考慮資源消耗太大而只允許創建一個對象。
  • 客戶調用類的單個實例只允許使用一個公共訪問點,除了該公共訪問點,不能通過其他途徑訪問該實例。
  • 在一個系統中要求一個類只有一個實例時才應當使用單例模式。反過來,如果一個類可以有幾個實例共存,就需要對單例模式進行改進,使之成為多例模式

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