设计模式之单例模式与工厂模式的Python实现(二)

2. 工厂模式

工厂模式是创建型设计模式的一种。核心的思想是，通过传递给类或函数某种产品的信息来创建产品并返回。当我们想得到产品a对象，只需把产品a的名字传递给工厂函数就能得到产品a对象。而核心思想的背后是为了遵循著名的“开闭原则”：对扩展开放，对修改封闭。当添加新功能时，对已经有的函数代码不需要修改，只需要添加新功能相关的代码即可。

举一个最简单的例子：假如我们要写一个计算器，实现加减乘除四则运算，那么最简单的方法就是写一个函数，传入运算符，然后通过switch语句(python中没有switch语句，可以想办法用字典dict代替)。但问题也是显而易见的，如果我们要添加一个新的运算，比如开平方，那么就要修改原来的包含了四则运算的函数，显然，在这个过程中容易发生错误的修改，比如不小心改到了加法运算，这会让我们原先写好的功能有被修改错误的风险。所以，对应到这个问题上，工厂模式的核心就是要把这几个运算给完全独立出来，并且不影响运算主函数（即当添加新的运算时，我们不需要修改运算主函数）。怎么做呢？其实就是创建一个工厂类，由这个工厂类通过判断传入的运算符，去对应实例化各个运算函数（或者运算类）。这样，当添加了新的运算时，我们只需要添加新的运算函数（或者运算类），和修改工厂类（即添加新的switch判断，实例化新的运算函数或者运算类）就可以了。

2.1 简单工厂模式

简单工厂模式，是最简单的工厂方法模式，其由两部分组成，一是：工厂函数或工厂类，二是：产品类（可以是多个产品类A,B,C.........）。

下面我们通过一个简单的例子来看什么是简单工厂模式：

class A(object):
    def __init__(self, product_type):
        self.product_type = product_type

    def __str__(self):
        return 'product %s' % self.product_type

class B(object):
    def __init__(self, product_type):
        self.product_type = product_type

    def __str__(self):
        return 'product %s' % self.product_type

class Factory(object):
    @staticmethod
    def yield_product(product_type):
        if product_type == 'A':
            return A(product_type)
        if product_type == 'B':
            return B(product_type)

if __name__ == '__main__':
    a = Factory.yield_product('A')
    b = Factory.yield_product('B')
    print(a)
    print(b)

结果如下

product A
product B

上面代码中，实现了两个产品类A,B，一个工厂类Factory，工厂类中实现了一个静态方法，其实，可以用一个工厂函数来代替这个工厂类。静态方法可以通过类名进行调用，而不需把类实例化。

静态方法@staticmethod的意思是，这个方法是一个普通方法，虽然属于类，但是不用访问类的其他成员。并且可以在不把类实例化的前提下，通过类名进行调用。

2.2 工厂方法模式

简单工厂模式存在一个问题，当要增加产品时，需要修改工厂类或者工厂方法，在上面的例子中，我们需要修改工厂类的方法"yield_product"这违背了扩展开放，修改封闭的原则，因此是不可取的。工厂方法模式能够实现最小化地修改工厂类或工厂函数。

具体实现：对每一个产品类再进行一次封装，封装成只生产特定产品的工厂类。

import abc

class A(object):
    def __init__(self, product_type):
        self.product_type = product_type

    def __str__(self):
        return 'product %s' % self.product_type

class B(object):
    def __init__(self, product_type):
        self.product_type = product_type

    def __str__(self):
        return 'product %s' % self.product_type

class Abstract_factory(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta

    @abc.abstractmethod
    def yield_product(self):
        pass

class Factory_a(Abstract_factory):

    def yield_product(self):
        return A('A')

class Factory_b(Abstract_factory):

    def yield_product(self):
        return B('B')

def factory(product_type):
    if product_type == 'A':
        return Factory_a()
    if product_type == 'B':
        return Factory_b()

if __name__ == '__main__':
    factory_a = factory('A')
    a = factory_a.yield_product()
    factory_b = factory('B')
    b = factory_b.yield_product()
    print(a)
    print(b)

结果如下

product A
product B

上述代码，Factory_a,Factory_b是对类A,B的封装，一个工厂只负责创建一个产品遵从了单一职责原则，有利于代码的扩展和维护。

其中@abc.abstractmethod表示被该装饰器修饰的方法是一个抽象方法，没有实现，所以该基本不能被实例化。只有子类实现了该抽象方法才能被实例化。

参考链接：

1. python 设计模式（三） 工厂模式 https://blog.csdn.net/ruguowoshiyu/article/details/80657052

2. Python中的staticmethod与classmethod

3. python中@classmethod @staticmethod区别

4. Python2和Python3中@abstractmethod的用法 https://blog.csdn.net/xiemanR/article/details/72629164