C#設計模式學習筆記:(3)抽象工廠模式

来源:https://www.cnblogs.com/atomy/archive/2020/01/14/12172604.html

本筆記摘抄自:https://www.cnblogs.com/PatrickLiu/p/7596897.html,記錄一下學習過程以備後續查用。 一、引言 接上一篇C#設計模式學習筆記:簡單工廠模式(工廠方法模式前奏篇),通過簡單工廠模式的瞭解,它的缺點就是隨著需求的變化我們要不停地修改工廠里 上一 ...


    本筆記摘抄自:https://www.cnblogs.com/PatrickLiu/p/7596897.html,記錄一下學習過程以備後續查用。

    一、引言

    接上一篇C#設計模式學習筆記:簡單工廠模式(工廠方法模式前奏篇),通過簡單工廠模式的瞭解,它的缺點就是隨著需求的變化我們要不停地修改工廠里

    上一篇文章我們講了工廠方法模式,它是為瞭解決簡單工廠模式所面對的問題:如果我們增加新的產品,工廠類的方法就要修改本身的代碼,增加產品越

多,其邏輯越複雜,同時這樣的修改也不符合開放閉合原則OCP--對增加代碼開放,對修改代碼關閉。為瞭解決簡單工廠的問題,我們引出了工廠方法模式,

通過子類化工廠類,解決了工廠類責任的劃分,使得產品和相應的工廠一一對應,符合了OCP。

    如果我們要設計一套房子,當然我們知道房子是由房頂、地板、窗戶、房門等組成的,先設計一套古典風格的房子,再創建一套現代風格的房子,再創建

一套歐式風格的房子,這麼多套房子,我們該怎麼辦呢?今天我們要講的抽象工廠模式可以很好地解決多套變化的問題。

    二、抽象工廠模式介紹

    抽象工廠模式:英文名稱--Abstract Factory Pattern;分類--創建型。

    2.1、動機(Motivate)

    在軟體系統中,經常面臨著"一系列相互依賴的對象"的創建工作,同時,由於需求的變化,往往存在更多系列對象的創建工作。如何應對這種變化?如何

繞過常規的對象創建方法(new),提供一種"封裝機制"來避免客戶程式和這種"多系列具體對象創建工作"的緊耦合?

    2.2、意圖(Intent)

    提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的介面,而無需指定它們具體的類。——《設計模式》GoF

    2.3、結構圖(Structure)

    該圖是抽象工廠的UML圖,結合抽象工廠的意圖、動機和圖示來理解該模式,今天我們就以建設房子為例來說明抽象工廠的實現機理。

    2.4、模式的組成

    從上圖可以看出,在抽象工廠模式的結構圖有以下角色:

    1)抽象產品類角色(AbstractProduct):為抽象工廠中相互依賴的每種產品定義抽象介面對象,也可以這樣說,有幾種產品,就要聲明幾個抽象角色,

每一個抽象產品角色和一種具體的產品相匹配。

    2)具體產品類(ConcreteProduct):具體產品類實現了抽象產品類,是針對某個具體產品的實現的類型。

    3)抽象工廠類角色(AbstractFactory):定義了創建一組相互依賴的產品對象的介面操作,每種操作和每種產品一一對應。

    4)具體工廠類角色(ConcreteFactory):實現抽象類里所有抽象介面操作,可以創建某系列具體的產品,這些具體的產品是“抽象產品類角色”的子類。

    2.5、抽象工廠的具體代碼實現

    隨著我們年齡的增長,我們也到了結婚的年齡,結婚首要的問題就是房子的問題。假設我有一個很有錢的爸爸(呃,發夢中……),我的哥哥們希望能有

一套歐式風格的房子,再加上田園風光,悠閑自在。而我就不一樣了,我希望有一套現代樣式的房子。由於房子由房頂、地板、窗戶和房門組成(其他組

件暫時省略),每套房子的房頂、地板、窗戶和房門都是一個體系的。

    下麵讓我們看看如何使用抽象工廠模式來實現不同房屋的建造:

    class Program
    {
        /// <summary>
        /// 房頂抽象類,子類的房頂必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Roof
        {
            /// <summary>
            /// 創建房頂
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 地板抽象類,子類的地板必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Floor
        {
            /// <summary>
            /// 創建地板
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 窗戶抽象類,子類的窗戶必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Window
        {
            /// <summary>
            /// 創建窗戶
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 房門抽象類,子類的房門必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Door
        {
            /// <summary>
            /// 創建房門
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的房頂
        /// </summary>
        public class EuropeanRoof : Roof
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的房頂");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的地板
        /// </summary>
        public class EuropeanFloor : Floor
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的地板");
            }
        }

        /// <summary>
        ///歐式的窗戶
        /// </summary>
        public class EuropeanWindow : Window
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的窗戶");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的房門
        /// </summary>
        public class EuropeanDoor : Door
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的房門");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的房頂
        /// </summary>
        public class ModernizationRoof : Roof
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的房頂");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的地板
        /// </summary>
        public class ModernizationFloor : Floor
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的地板");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的窗戶
        /// </summary>
        public class ModernizationWindow : Window
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的窗戶");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的房門
        /// </summary>
        public class ModernizationDoor : Door
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的房門");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 抽象工廠類,提供創建不同類型房子的介面。
        /// </summary>
        public abstract class AbstractFactory
        {
            //抽象工廠提供創建一系列產品的介面,此處給出了房頂、地板、窗戶和房門的創建介面。
            public abstract Roof CreateRoof();
            public abstract Floor CreateFloor();
            public abstract Window CreateWindow();
            public abstract Door CreateDoor();
        }

        /// <summary>
        /// 歐式風格房子的工廠,負責創建歐式風格的房子。
        /// </summary>
        public class EuropeanFactory : AbstractFactory
        {
            //製作歐式房頂
            public override Roof CreateRoof()
            {
                return new EuropeanRoof();
            }

            //製作歐式地板
            public override Floor CreateFloor()
            {
                return new EuropeanFloor();
            }

            //製作歐式窗戶
            public override Window CreateWindow()
            {
                return new EuropeanWindow();
            }

            //製作歐式房門
            public override Door CreateDoor()
            {
                return new EuropeanDoor();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現在風格房子的工廠,負責創建現代風格的房子。
        /// </summary>
        public class ModernizationFactory : AbstractFactory
        {
            //製作現代房頂
            public override Roof CreateRoof()
            {
                return new ModernizationRoof();
            }

            //製作現代地板
            public override Floor CreateFloor()
            {
                return new ModernizationFloor();
            }

            //製作現代窗戶
            public override Window CreateWindow()
            {
                return new ModernizationWindow();
            }

            //製作現代房門
            public override Door CreateDoor()
            {
                return new ModernizationDoor();
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            #region 抽象工廠模式
            //歐式風格的房子
            AbstractFactory europeanFactory = new EuropeanFactory();
            europeanFactory.CreateRoof().Create();
            europeanFactory.CreateFloor().Create();
            europeanFactory.CreateWindow().Create();
            europeanFactory.CreateDoor().Create();

            //現代風格的房子
            AbstractFactory modernizationFactory = new ModernizationFactory();
            modernizationFactory.CreateRoof().Create();
            modernizationFactory.CreateFloor().Create();
            modernizationFactory.CreateWindow().Create();
            modernizationFactory.CreateDoor().Create();

            Console.Read();
            #endregion
        }
    }
View Code

    運行結果如下:

    2.6、 抽象工廠應對需求變更

    假設我的姐姐一看我們的房子很好,她希望有一套古典風格的房子,怎麼處理呢?

    class Program
    {
        /// <summary>
        /// 房頂抽象類,子類的房頂必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Roof
        {
            /// <summary>
            /// 創建房頂
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 地板抽象類,子類的地板必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Floor
        {
            /// <summary>
            /// 創建地板
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 窗戶抽象類,子類的窗戶必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Window
        {
            /// <summary>
            /// 創建窗戶
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 房門抽象類,子類的房門必須繼承該類。
        /// </summary>
        public abstract class Door
        {
            /// <summary>
            /// 創建房門
            /// </summary>
            public abstract void Create();
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的房頂
        /// </summary>
        public class EuropeanRoof : Roof
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的房頂");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的地板
        /// </summary>
        public class EuropeanFloor : Floor
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的地板");
            }
        }

        /// <summary>
        ///歐式的窗戶
        /// </summary>
        public class EuropeanWindow : Window
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的窗戶");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 歐式的房門
        /// </summary>
        public class EuropeanDoor : Door
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建歐式的房門");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的房頂
        /// </summary>
        public class ModernizationRoof : Roof
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的房頂");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的地板
        /// </summary>
        public class ModernizationFloor : Floor
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的地板");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的窗戶
        /// </summary>
        public class ModernizationWindow : Window
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的窗戶");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現代的房門
        /// </summary>
        public class ModernizationDoor : Door
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建現代的房門");
            }
        }

        /// <summary>
        ///古典的房頂
        /// </summary>
        public class ClassicalRoof : Roof
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建古典的房頂");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 古典的地板
        /// </summary>
        public class ClassicalFloor : Floor
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建古典的地板");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 古典的窗戶
        /// </summary>
        public class ClassicalWindow : Window
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建古典的窗戶");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 古典的房門
        /// </summary>
        public class ClassicalDoor : Door
        {
            public override void Create()
            {
                Console.WriteLine("創建古典的房門");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 抽象工廠類,提供創建不同類型房子的介面。
        /// </summary>
        public abstract class AbstractFactory
        {
            //抽象工廠提供創建一系列產品的介面,此處給出了房頂、地板、窗戶和房門的創建介面。
            public abstract Roof CreateRoof();
            public abstract Floor CreateFloor();
            public abstract Window CreateWindow();
            public abstract Door CreateDoor();
        }

        /// <summary>
        /// 歐式風格房子的工廠,負責創建歐式風格的房子。
        /// </summary>
        public class EuropeanFactory : AbstractFactory
        {
            //製作歐式房頂
            public override Roof CreateRoof()
            {
                return new EuropeanRoof();
            }

            //製作歐式地板
            public override Floor CreateFloor()
            {
                return new EuropeanFloor();
            }

            //製作歐式窗戶
            public override Window CreateWindow()
            {
                return new EuropeanWindow();
            }

            //製作歐式房門
            public override Door CreateDoor()
            {
                return new EuropeanDoor();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 現在風格房子的工廠,負責創建現代風格的房子。
        /// </summary>
        public class ModernizationFactory : AbstractFactory
        {
            //製作現代房頂
            public override Roof CreateRoof()
            {
                return new ModernizationRoof();
            }

            //製作現代地板
            public override Floor CreateFloor()
            {
                return new ModernizationFloor();
            }

            //製作現代窗戶
            public override Window CreateWindow()
            {
                return new ModernizationWindow();
            }

            //製作現代房門
            public override Door CreateDoor()
            {
                return new ModernizationDoor();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 古典風格房子的工廠,負責創建古典風格的房子。
        /// </summary>
        public class ClassicalFactory : AbstractFactory
        {
            //創建古典房頂
            public override Roof CreateRoof()
            {
                return new ClassicalRoof();
            }

            //創建古典地板
            public override Floor CreateFloor()
            {
                return new ClassicalFloor();
            }

            //創建古典窗戶
            public override Window CreateWindow()
            {
                return new ClassicalWindow();
            }

            //創建古典房門
            public override Door CreateDoor()
            {
                return new ClassicalDoor();
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            #region 抽象工廠模式
            //歐式風格的房子
            AbstractFactory europeanFactory = new EuropeanFactory();
            europeanFactory.CreateRoof().Create();
            europeanFactory.CreateFloor().Create();
            europeanFactory.CreateWindow().Create();
            europeanFactory.CreateDoor().Create();

            //現代風格的房子
            AbstractFactory modernizationFactory = new ModernizationFactory();
            modernizationFactory.CreateRoof().Create();
            modernizationFactory.CreateFloor().Create();
            modernizationFactory.CreateWindow().Create();
            modernizationFactory.CreateDoor().Create();

            //古典風格的房子
            AbstractFactory classicalFactory = new ClassicalFactory();
            classicalFactory.CreateRoof().Create();
            classicalFactory.CreateFloor().Create();
            classicalFactory.CreateWindow().Create();
            classicalFactory.CreateDoor().Create();

            Console.Read();
            #endregion
        }
    }
View Code

    運行結果如下:

    從上面代碼可以看出,需要添加5個類:4個類分別創建古典風格的房頂、地板、窗戶和房門的具體產品,另外一個是古典風格房子的工廠類,負責創建

古典風格的房子。

    從上面代碼可以看出,抽象工廠對於系列產品的變化支持開閉原則(對擴展開放,對修改封閉),擴展起來非常簡便。但是,抽象工廠對於增加新產品

這種情況就不支持開閉原則,因為要修改創建系列產品的抽象基類AbstractFactory,增加相應產品的創建方法,這也是抽象工廠的缺點所在。

    三、抽象工廠的實現要點

    1)如果沒有應對“多系列對象創建”的需求變化,則沒有必要使用AbstractFactory模式,這時候使用簡單工廠模式完全可以。

    2)"系列對象"指的是這些對象之間有相互依賴、或作用的關係,例如游戲開發場景中“道路”與“房屋”的依賴,“道路”與“地道”的依賴。

    3)AbstractFactory模式主要在於應對“新系列”的需求變動,其缺點在於難以應對“新對象”的需求變動

    4)AbstractFactory模式經常和FactoryMethod模式共同組合來應對“對象創建”的需求變化。

    3.1抽象工廠模式的優點

    抽象工廠模式將系列產品的創建工作延遲到具體工廠的子類中,我們聲明工廠類變數的時候使用的是抽象類型,同理,我們使用產品類型也是抽象類型,

這樣做可以儘可能地減少客戶端代碼與具體產品類之間的依賴,從而降低了系統的耦合度。耦合度降低了,對於後期的維護和擴展就更有利,這就是抽象

工廠模式的優點所在。

    可能有人會說在Main方法裡面(客戶端)還是會使用具體的工廠類,對的。這個其實我們可以通過.Net配置文件把這部分移出去,把依賴關係放到配置文

件中。如果有新的需求我們只需要修改配置文件,根本就不需要修改代碼了,讓客戶代碼更穩定。依賴關係肯定會存在,我們要做的就是降低依賴,想完全

去除很難,也不現實。

    3.2抽象工廠模式的缺點

    有優點肯定就有缺點,因為每種模式都有它的使用範圍,或者說不能解決的問題就是缺點。抽象工廠模式很難支持增加新產品的變化,這是因為抽象工廠

介面中已經確定了可以被創建的產品集合,如果需要添加新產品,此時就必須去修改抽象工廠的介面,這樣就涉及到抽象工廠類以及所有子類的改變,這樣

也就違背了開閉原則。

    3.3抽象工廠模式的使用場景

    如果系統需要多套的代碼解決方案,並且每套的代碼方案中又有很多相互關聯的產品類型,並且在系統中可以相互替換地使用一套產品的時候就可以使用

該模式,客戶端不需要依賴具體實現。

    四、.NET中抽象工廠模式實現

    微軟的類庫發展了這麼多年,設計模式在裡面有大量的應用。抽象工廠模式在.NET類庫中也存在著大量的使用,比如和操作資料庫有關的類型,這個類是

System.Data.Common.DbProviderFactory,此類位於System.Data.dll程式集中。該類扮演抽象工廠模式中抽象工廠的角色,我們可以用ILSpy反編譯工具查

看該類的實現:

    /// 扮演抽象工廠的角色
    /// 創建連接資料庫時所需要的對象集合
    /// 這個對象集合包括有DbConnection對象(抽象產品類)、DbCommand類、DbDataAdapter類,針對不同的具體工廠都需要實現該抽象類中的方法。

    public abstract class DbProviderFactory
    {
        public virtual bool CanCreateDataSourceEnumerator
        {
            get
            {
                return false;
            }
        }

        public virtual DbCommand CreateCommand()
        {
            return null;
        }

        public virtual DbCommandBuilder CreateCommandBuilder()
        {
            return null;
        }

        public virtual DbConnection CreateConnection()
        {
            return null;
        }

        public virtual DbConnectionStringBuilder CreateConnectionStringBuilder()
        {
            return null;
        }

        public virtual DbDataAdapter CreateDataAdapter()
        {
            return null;
        }

        public virtual DbParameter CreateParameter()
        {
            return null;
        }

        public virtual CodeAccessPermission CreatePermission(PermissionState state)
        {
            return null;
        }

        public virtual DbDataSourceEnumerator CreateDataSourceEnumerator()
        {
            return null;
        }
    }
View Code

    DbProviderFactory類是一個抽象工廠類,該類提供了創建資料庫連接時所需要的對象集合的介面,實際創建工作在其子類工廠中進行。微軟使用的是

SQL Server資料庫,因此提供了連接SQL Server數據的具體工廠實現,具體代碼可以用反編譯工具查看。

    SqlClientFactory扮演著具體工廠的角色,用來創建連接SQL Server數據所需要的對象:

    public sealed class SqlClientFactory : DbProviderFactory, IServiceProvider
    {
        public static readonly SqlClientFactory Instance = new SqlClientFactory();

        public override bool CanCreateDataSourceEnumerator
        {
            get
            {
                return true;
            }
        }

        private SqlClientFactory()
        {
        }

        public override DbCommand CreateCommand()
        {
            return new SqlCommand();
        }

        public override DbCommandBuilder CreateCommandBuilder()
        {
            return new SqlCommandBuilder();
        }

        public override DbConnection CreateConnection()
        {
            return new SqlConnection();
        }

        public override DbConnectionStringBuilder CreateConnectionStringBuilder()
        {
            return new SqlConnectionStringBuilder();
        }

        public override DbDataAdapter CreateDataAdapter()
        {
            return new SqlDataAdapter();
        }

        public override DbParameter CreateParameter()
        {
            return new SqlParameter();
        }

        public override CodeAccessPermission CreatePermission(PermissionState state)
        {
            return new SqlClientPermission(state);
        }

        public override DbDataSourceEnumerator CreateDataSourceEnumerator()
        {
            return SqlDataSourceEnumerator.Instance;
        }

        object IServiceProvider.GetService(Type serviceType)
        {
            object result = null;
            if (serviceType == GreenMethods.SystemDataCommonDbProviderServices_Type)
            {
                result = GreenMethods.SystemDataSqlClientSqlProviderServices_Instance();
            }
            return result;
        }
    }
View Code

    OdbcFactory也是具體工廠類:

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