摘要：工廠方法模式可以幫助我們將產(chǎn)品的實現(xiàn)從使用中解耦。應(yīng)用中使用工廠模式的例子的模塊使用工廠方法模式來創(chuàng)建表單字段。也使用到了工廠方法模式。中不同數(shù)據(jù)庫連接部分也用到了工廠方法模式。

題目：假設(shè)你有一個 pizza 店，功能包括下訂單、做 pizza，你的代碼會如何寫呢？

def order_pizza():
    pizza = Pizza()
    pizza.prepare()
    pizza.bake()
    pizza.cut()
    pizza.box()
    return pizza

但是現(xiàn)在你遇到了一個問題，你的 pizza 店需要更多的 pizza，所以現(xiàn)在你需要增加一些代碼，來決定適合的 pizza 類型，然后再制造這個 pizza：

def order_pizza(pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()

    # 根據(jù) pizza 類型，我們實例化正確的具體類，然后將其賦值給 pizza 實例變量
    if pizza_type == "cheese":
        pizza = CheesePizza()
    elif pizza_type == "greek":
        pizza = GreekPizza()
    elif pizza_type == "pepperoni":
        pizza = PepperoniPizza()
    # 一旦我們有了一個 pizza，需要做一些準備（搟面皮、加佐料），然后烘烤、切片、裝盒
    pizza.prepare()
    pizza.bake()
    pizza.cut()
    pizza.box()
    return pizza

但是經(jīng)過幾天的實踐，你發(fā)現(xiàn)顧客喜歡點的 ClamPizza、Veggie Pizza 而 Greek pizza 并沒有什么人喜歡，這個時候需要修改代碼：

def order_pizza(pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()

    # 根據(jù) pizza 類型，我們實例化正確的具體類，然后將其賦值給 pizza 實例變量
    if pizza_type == "cheese":
        pizza = CheesePizza()
    # elif pizza_type == "greek":  # greek pizza 不再出現(xiàn)在菜單
    #     pizza = GreekPizza()
    elif pizza_type == "pepperoni":
        pizza = PepperoniPizza()
    # 新加了 clam pizza 和 veggie pizza
    elif pizza_type == "clam":
        pizza = ClamPizza()
    elif pizza_type == "veggie":
        pizza = VeggiePizza()

    #  一旦我們有了一個 pizza，需要做一些準備（搟面皮、加佐料），然后烘烤、切片、裝盒
    pizza.prepare()
    pizza.bake()
    pizza.cut()
    pizza.box()
    return pizza

現(xiàn)在你發(fā)現(xiàn)了一個問題， order_pizza() 是在內(nèi)部實例化了具體的 Pizza 類，并且，order_pizza() 也沒有對修改關(guān)閉，以至于每次有了新的 pizza 加入都要修改 order_pizza() 的代碼。這時一個比較好的辦法是把創(chuàng)建 Pizza 對象是抽象出來，修改后的代碼如下：

# 把創(chuàng)建對象的代碼從 order_pizza 方法中抽離
def create_pizza(pizza_type):
    # 根據(jù) pizza 類型，我們實例化正確的具體類，然后將其賦值給 pizza 實例變量
    if pizza_type == "cheese":
        pizza = CheesePizza()
    elif pizza_type == "pepperoni":
        pizza = PepperoniPizza()
    elif pizza_type == "clam":
        pizza = ClamPizza()
    elif pizza_type == "veggie":
        pizza = VeggiePizza()
    return pizza

def order_pizza(pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()
    # 這里使用 create_pizza() 方法創(chuàng)建 pizza 類
    pizza = create_pizza(pizza_type)

    #  一旦我們有了一個 pizza，需要做一些準備（搟面皮、加佐料），然后烘烤、切片、裝盒
    pizza.prepare()
    pizza.bake()
    pizza.cut()
    pizza.box()
    return pizza

我們把創(chuàng)建 pizza 對象的代碼提取到一個新的方法中，我們稱這個新的方法叫做工廠。

工廠處理創(chuàng)建對象的細節(jié)，一旦有了create_pizza，order_pizza() 就成了此對象的客戶。當需要 pizza 時，只需要告訴工廠需要什么類型的 pizza，讓它做一個即可。

現(xiàn)在 order_pizza() 方法只關(guān)心從工廠得到一個 pizza，這個 pizza 實現(xiàn)了 Pizza 的接口，所以它可以調(diào)用 prepare()（準備）、bake()（烘烤）、cut()（切片）、box()（裝盒）

問：現(xiàn)在你可能會問，這段代碼看上去更復(fù)雜了，有什么好處了呢？看上去只是把問題搬到另一個對象了。

答： 現(xiàn)在看來，order_pizza 只是create_pizza 的一個客戶，其它客戶（比如pizza 店菜單 PizzaShopMenu）也可以使用這個工廠來取得 pizza。把創(chuàng)建 pizza 的代碼包裝進一個類，當以后實現(xiàn)修改時，只需要修改這個部分代碼即可。

這里我們的工廠create_order() 是一個簡單的方法，利用方法定義一個簡單工廠的方法通常被稱為簡單工廠模式（簡單工廠更像是一中編程習慣而不是設(shè)計模式）。

上邊的代碼中，order_pizza 是客戶代碼，但是為了讓我們的 pizza 店有更好的擴展性，這里我們需要把客戶代碼做一下修改：

class SimplePizzaFactory:

    def create_pizza(self, pizza_type):
        ...
        return pizza

class PizzaStore:
    def order_pizza(self, pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()
        factory = SimplePizzaFactory()
        pizza = factory.create_pizza(pizza_type)
        ...
        return pizza
    
    # 下邊是其他可能用到的方法

這段代碼中，我們把一個方法（create_pizza）使用類（SimplePizzaFactory）封裝了起來，目的是使工廠可以通過繼承來改變創(chuàng)建方法的行為，并且這樣做，也可以提高工廠方法的擴展性。

現(xiàn)在來看一下我們 pizza 店的類圖：

由于工廠類集中了所有產(chǎn)品創(chuàng)建邏輯，違反了高內(nèi)聚責任分配原則，一旦不能正常工作，整個系統(tǒng)都要受到影響。

系統(tǒng)擴展困難，一旦添加新產(chǎn)品就不得不修改工廠邏輯，在產(chǎn)品類型較多時，有可能造成工廠邏輯過于復(fù)雜，不利于系統(tǒng)的擴展和維護。

工廠類負責創(chuàng)建的對象較少

客戶只知道傳入工廠類的參數(shù)，對于如何創(chuàng)建對象（邏輯）不關(guān)心；客戶端既不需要關(guān)心創(chuàng)建細節(jié)，甚至連類名都不需要記住，只需要知道類型所對應(yīng)的參數(shù)。

為了突破這些局限，我們接著看一下工廠方法模式

現(xiàn)在我們有了一個新的問題，我們創(chuàng)建 pizza 店后，現(xiàn)在有人想要加盟，但我們還想要控制一下 pizza 的制作流程，該如何實現(xiàn)呢？

首先，要給 pizza 店使用框架，我們所要做的就是把create_pizza()方法放回到PizzaStore類中，不過這個方法需要在每個子類中倒要實現(xiàn)一次?，F(xiàn)在 PizzaStore代碼為：

class PizzaStore:

    def create_pizza(self, pizza_type):
        # 每個需要子類實現(xiàn)的方法都會拋出NotImplementedError
        # 我們也可以把 PizzaStore 的 metaclass 設(shè)置成 abc.ABCMeta
        # 這樣的話，這個類就是真正的抽象基類
        raise NotImplementedError()

    def order_pizza(self, pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()

        pizza = self.create_pizza(pizza_type)

        #  一旦我們有了一個 pizza，需要做一些準備（搟面皮、加佐料），然后烘烤、切片、裝盒
        pizza.prepare()
        pizza.bake()
        pizza.cut()
        pizza.box()
        return pizza

這樣我們就聲明了一個工廠方法。這個工廠方法用來處理對象的創(chuàng)建，并將這個創(chuàng)建行為封裝在子類中，這樣客戶程序中關(guān)于父類的代碼就和子類的對象創(chuàng)建代碼解耦成功。

我們將 create_pizza 放回 PizzaStore 的目的是讓繼承此方法的子類負責定義自己的create_pizza() 方法?，F(xiàn)在我們看一下PizzaStore 的子類示意圖：

這里 NYStlyePizzaStore 和 ChicagoStylePizzaStore 需要分別定義自己的 create_pizza 方法。

現(xiàn)在來看下完整代碼：

#! -*- coding: utf-8 -*-

class Pizza:

    name = None
    dough = None
    sauce = None
    toppings = []

    def prepare(self):
        print("Preparing %s" % self.name)
        print("Tossing dough...")
        print("Adding sauce...")
        print("Adding toppings: ")
        for topping in self.toppings:
            print("  %s" % topping)

    def bake(self):
        print("Bake for 25 minutes at 350")

    def cut(self):
        print("Cutting the pizza into diagonal slices")

    def box(self):
        print("Place pizza in official PizzaStore box")

    def __str__(self):
        return self.name


class NYStyleCheesePizza(Pizza):

    name = "NY Style Sauce and Cheese Pizza"
    dough = "Thin Crust Dough"
    sauce = "Marinara Sauce"
    toppings = ["Grated", "Reggiano", "Cheese"]


class ChicagoStyleCheesePizza(Pizza):

    name = "Chicago Style Deep Dish Cheese Pizza"
    dough = "Extra Thick Crust Dough"
    sauce = "Plum Tomato Sauce"
    toppings = ["Shredded", "Mozzarella", "Cheese"]

    def cut(self):
        print("Cutting the pizza into square slices")


class PizzaStore:
    def create_pizza(self, pizza_type):
        # 每個需要子類實現(xiàn)的方法都會拋出NotImplementedError
        # 我們也可以把 PizzaStore 的 metaclass 設(shè)置成 abc.ABCMeta
        # 這樣的話，這個類就是真正的抽象基類
        raise NotImplementedError()

    def order_pizza(self, pizza_type):  # 現(xiàn)在把 pizza 的類型傳入 order_pizza()

        pizza = self.create_pizza(pizza_type)

        #  一旦我們有了一個 pizza，需要做一些準備（搟面皮、加佐料），然后烘烤、切片、裝盒
        pizza.prepare()
        pizza.bake()
        pizza.cut()
        pizza.box()
        return pizza

class NYStylePizzStore(PizzaStore):
    def create_pizza(self, pizza_type):
        # 根據(jù) pizza 類型，我們實例化正確的具體類，然后將其賦值給 pizza 實例變量
        if pizza_type == "cheese":
            pizza = NYStyleCheesePizza()
        return pizza


class ChicagoStylePizzaStore(PizzaStore):
    def create_pizza(self, pizza_type):
        # 根據(jù) pizza 類型，我們實例化正確的具體類，然后將其賦值給 pizza 實例變量
        if pizza_type == "cheese":
            pizza = ChicagoStyleCheesePizza()
        return pizza


def main():
    nystore = NYStylePizzStore()
    pizza = nystore.order_pizza("cheese")
    print("goodspeed ordered a %s" % pizza)

    print("*" * 100)
    chicago_store = ChicagoStylePizzaStore()
    pizza = chicago_store.order_pizza("cheese")
    print("goodspeed ordered a %s" % pizza)


if __name__ == "__main__":
    main()

這里工廠方法 create_pizza() 直接拋出了NotImplementedError，這樣做事為了強制子類重新實現(xiàn) create_pizza() 方法，如果不重新實現(xiàn)就會拋出NotImplementedError。
當然也可以把 PizzaStore 的 metaclass 設(shè)置成 abc.ABCMeta 這樣的話，這個類就是真正的抽象基類。

現(xiàn)在我們看一下工廠方法模式的類圖：

產(chǎn)品類和創(chuàng)建者類其實是平行的類的層級它們的關(guān)系如下圖：

通過上文的介紹，我們可以得到工廠方法模式大概的定義：

在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創(chuàng)建產(chǎn)品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產(chǎn)品對象，這樣做的目的是將產(chǎn)品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應(yīng)該實例化哪一個具體產(chǎn)品類。

工廠方法模式能夠封裝具體類型的實例化，抽象的 Creator 提供了一個創(chuàng)建對象的工廠方法。在抽象的 Creator 中，任何其他實現(xiàn)的方法，都可能使用到這個方法鎖制造出來的產(chǎn)品，但只有子類真正實現(xiàn)這個工廠方法并創(chuàng)建產(chǎn)品。

下圖是工廠方法模式原理類圖：

工廠方法集中的在一個地方創(chuàng)建對象，使對象的跟蹤變得更容易。

工廠方法模式可以幫助我們將產(chǎn)品的實現(xiàn)從使用中解耦。如果增加產(chǎn)品或者改變產(chǎn)品的實現(xiàn)，Creator 并不會收到影響。

使用工廠方法模式的另一個優(yōu)點是在系統(tǒng)中加入新產(chǎn)品時，無須修改抽象工廠和抽象產(chǎn)品提供的接口，無須修改客戶端，也無須修改其他的具體工廠和具體產(chǎn)品，而只要添加一個具體工廠和具體產(chǎn)品就可以了。這樣，系統(tǒng)的可擴展性也就變得非常好，完全符合“開閉原則”。

工廠方法可以在必要時創(chuàng)建新的對象，從而提高性能和內(nèi)存使用率。若直接實例化類來創(chuàng)建對象，那么每次創(chuàng)建新對象就需要分配額外的內(nèi)存。

簡單工廠把全部的事情在一個地方處理完了（create_pizza），而工廠方法是創(chuàng)建了一個框架，讓子類去決定如何實現(xiàn)。比如在工廠方法中，order_pizza() 方法提供了一般的框架用來創(chuàng)建 pizza，order_pizza() 方法依賴工廠方法創(chuàng)建具體類，并制造出實際的 pizza。而制造什么樣的 pizza 是通過繼承 PizzaStore來實現(xiàn)的。  但 簡單工廠 只是把對象封裝起來，并不具備工廠方法的彈性。

Django 的 forms 模塊使用工廠方法模式來創(chuàng)建表單字段。WTForm 也使用到了工廠方法模式。sqlalchemy 中不同數(shù)據(jù)庫連接部分也用到了工廠方法模式。

工廠方法模式的核心思想是定義一個用來創(chuàng)建對象的公共接口，由工廠而不是客戶來決定需要被實例化的類，它通常在構(gòu)造系統(tǒng)整體框架時被用到。工廠方法模式看上去似乎比較簡單，但是內(nèi)涵卻極其深刻，抽象、封裝、繼承、委托、多態(tài)等面向?qū)ο笤O(shè)計中的理論都得到了很好的體現(xiàn)，應(yīng)用范圍非常廣泛。

《Head First 設(shè)計模式》

《精通 python 設(shè)計模式》

《Python 編程實戰(zhàn)》

Python設(shè)計模式系列之三: 創(chuàng)建型Factory Method模式

最后，感謝女朋友支持。