C# 工廠模式學習

来源:https://www.cnblogs.com/hlyt/p/18215101
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工廠模式（Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一種創建對象的介面，而不是通過具體類來實例化對象。工廠模式可以將對象的創建過程封裝起來，使代碼更具有靈活性和可擴展性。 工廠模式有幾種常見的實現方式： 簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）： 簡單工廠模式 ...


工廠模式（Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一種創建對象的介面，而不是通過具體類來實例化對象。工廠模式可以將對象的創建過程封裝起來，使代碼更具有靈活性和可擴展性。

工廠模式有幾種常見的實現方式：

  1. 簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）： 簡單工廠模式通過一個工廠類來決定創建哪種具體類的實例。這個工廠類通常提供一個靜態方法，根據傳入的參數創建相應的對象。

  2. 工廠方法模式（Factory Method Pattern）： 工廠方法模式定義了一個創建對象的介面，但由子類決定要實例化的類是哪一個。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類。

  3. 抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）： 抽象工廠模式提供一個介面，用於創建相關或依賴對象的家族，而無需明確指定具體類。通過使用抽象工廠模式，一個類可以實例化一組相關對象，而不需要知道它們的具體類。

簡單工廠模式示例

假設我們有一個動物園項目，需要創建不同的動物對象：

// 動物介面
public interface IAnimal
{
    void Speak();
}

// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

public class Cat : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

// 簡單工廠類
public static class AnimalFactory
{
    public static IAnimal CreateAnimal(string animalType)
    {
        switch (animalType.ToLower())
        {
            case "dog":
                return new Dog();
            case "cat":
                return new Cat();
            default:
                throw new ArgumentException("Unknown animal type");
        }
    }
}

// 使用示例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimal animal = AnimalFactory.CreateAnimal("dog");
        animal.Speak();  // 輸出：Woof!
    }
}

 

工廠方法模式示例

假設我們有一個動物園項目，不同的子類需要創建不同的動物對象：

// 動物介面
public interface IAnimal
{
    void Speak();
}

// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

public class Cat : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

// 工廠介面
public interface IAnimalFactory
{
    IAnimal CreateAnimal();
}

// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Dog();
    }
}

public class CatFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Cat();
    }
}

// 使用示例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimalFactory factory = new DogFactory();
        IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
        animal.Speak();  // 輸出：Woof!
    }
}

抽象工廠模式示例

假設我們有一個動物園項目，需要創建一組相關的對象（例如，動物及其食物）：

// 動物介面
public interface IAnimal
{
    void Speak();
}

// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

public class Cat : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

// 食物介面
public interface IFood
{
    void Get();
}

// 具體的食物類
public class DogFood : IFood
{
    public void Get()
    {
        Console.WriteLine("Dog food");
    }
}

public class CatFood : IFood
{
    public void Get()
    {
        Console.WriteLine("Cat food");
    }
}

// 抽象工廠介面
public interface IAnimalFactory
{
    IAnimal CreateAnimal();
    IFood CreateFood();
}

// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Dog();
    }

    public IFood CreateFood()
    {
        return new DogFood();
    }
}

public class CatFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Cat();
    }

    public IFood CreateFood()
    {
        return new CatFood();
    }
}

// 使用示例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimalFactory factory = new DogFactory();
        IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
        IFood food = factory.CreateFood();
        animal.Speak();  // 輸出：Woof!
        food.Get();      // 輸出：Dog food
    }
}

以上是三種工廠模式的基本示例，可以根據具體需求選擇合適的工廠模式來實現代碼的創建和管理。如果希望在增加新動物類型時儘量減少對現有類的修改，推薦使用工廠方法模式。工廠方法模式的設計使得每新增一種動物，只需增加一個對應的工廠類和具體的動物類，而無需修改已有的代碼，從而符合開閉原則（即對擴展開放，對修改關閉）。

使用工廠方法模式

下麵是一個更完善的工廠方法模式示例，展示瞭如何在增加新動物時，儘量減少對現有代碼的修改。

// 動物介面
public interface IAnimal
{
    void Speak();
}

// 具體的動物類
public class Dog : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }
}

public class Cat : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }
}

// 新增的動物類
public class Bird : IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Tweet!");
    }
}

// 工廠介面
public interface IAnimalFactory
{
    IAnimal CreateAnimal();
}

// 具體工廠類
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Dog();
    }
}

public class CatFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Cat();
    }
}

// 新增的動物工廠類
public class BirdFactory : IAnimalFactory
{
    public IAnimal CreateAnimal()
    {
        return new Bird();
    }
}

// 使用示例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        List<IAnimalFactory> factories = new List<IAnimalFactory>
        {
            new DogFactory(),
            new CatFactory(),
            new BirdFactory()  // 新增的工廠只需在這裡添加
        };

        foreach (var factory in factories)
        {
            IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
            animal.Speak();
        }
    }
}

在這個示例中，新增一種動物只需：

  1. 創建新的具體動物類，例如 Bird。
  2. 創建對應的工廠類，例如 BirdFactory。
  3. 在使用的地方添加新的工廠實例，例如在 factories 列表中添加 new BirdFactory()。

這樣做的好處是每增加一個新動物類型，不需要修改現有的工廠類或具體的動物類，只需要添加新的類和工廠即可，從而降低了代碼修改的風險和複雜度。

使用反射和配置來進一步減少修改

如果希望在增加動物時連代碼都不需要改動，可以考慮使用反射和配置文件的方式。通過配置文件定義動物類型和對應的工廠類，然後使用反射動態載入：

// 動物介面和具體的動物類（同上）

// 工廠介面和具體工廠類（同上）

// 使用反射載入工廠類
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 假設配置文件中定義了動物類型和對應的工廠類
        var factoryTypes = new List<string>
        {
            "DogFactory",
            "CatFactory",
            "BirdFactory"  // 配置文件中新增的工廠類
        };

        var factories = new List<IAnimalFactory>();

        foreach (var factoryType in factoryTypes)
        {
            var type = Type.GetType(factoryType);
            if (type != null && typeof(IAnimalFactory).IsAssignableFrom(type))
            {
                var factory = (IAnimalFactory)Activator.CreateInstance(type);
                factories.Add(factory);
            }
        }

        foreach (var factory in factories)
        {
            IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
            animal.Speak();
        }
    }
}

介面與繼承結合使用

工廠模式主要使用了介面、繼承，在C#中，介面和繼承是面向對象編程的重要概念。介面定義了一組方法和屬性，而繼承允許一個類從另一個類繼承其成員。介面可以實現多重繼承，而類只能繼承一個基類。通常情況下，介面和繼承可以結合使用，以充分利用它們各自的優點。通過這種方式，基類可以提供一些通用的實現，而介面可以定義特定的行為。

// 介面
public interface IAnimal
{
    void Speak();
    void Eat();
}

// 基類
public class Animal
{
    public void Sleep()
    {
        Console.WriteLine("Sleeping...");
    }
}

// 派生類實現介面
public class Dog : Animal, IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Woof!");
    }

    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine("Dog is eating.");
    }
}

public class Cat : Animal, IAnimal
{
    public void Speak()
    {
        Console.WriteLine("Meow!");
    }

    public void Eat()
    {
        Console.WriteLine("Cat is eating.");
    }
}

// 使用示例
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IAnimal dog = new Dog();
        dog.Speak(); // 輸出：Woof!
        dog.Eat();   // 輸出：Dog is eating.

        IAnimal cat = new Cat();
        cat.Speak(); // 輸出：Meow!
        cat.Eat();   // 輸出：Cat is eating.

        // 使用基類方法
        Animal animalDog = (Animal)dog;
        animalDog.Sleep(); // 輸出：Sleeping...

        Animal animalCat = (Animal)cat;
        animalCat.Sleep(); // 輸出：Sleeping...
    }
}

總結

  • 介面：定義了一組必須實現的方法和屬性，沒有實現代碼。支持多重繼承，使得類可以實現多個介面。
  • 繼承：用於從現有類創建新類，繼承基類的成員。每個類只能有一個基類，但可以實現多個介面。
  • 結合使用：通過將介面和繼承結合使用，可以實現代碼的高復用性和靈活性。

通過上述示例，可以看到如何使用介面和繼承來設計靈活且可擴展的應用程式結構。這樣既能充分利用基類的通用功能，又能通過介面實現特定的行為。


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