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【设计模式】工厂模式详解-----简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式

article 2025/3/31 10:04:43

工厂模式详解

一、概述

工厂模式（Factory Pattern） 是一种 创建型设计模式，用于 封装对象的创建逻辑，避免在代码中直接实例化对象，从而提高代码的 可维护性、扩展性和解耦性。

二、工厂模式分类

工厂模式包括 简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式，它们的扩展性和复杂度逐步递进：

设计模式	主要特点	适用场景	代码复杂度	是否符合开闭原则
简单工厂模式	由一个工厂类创建对象	对象种类少，变化不大	⭐⭐	❌ 否
工厂方法模式	每个产品有自己的工厂类	对象种类多，需要扩展性	⭐⭐⭐	✅ 是
抽象工厂模式	创建多个相关对象的工厂	需要管理多个产品族	⭐⭐⭐⭐	✅ 是

三、工厂模式的实现

（一）简单工厂模式（Simple Factory Pattern）

1. 介绍

通过 一个工厂类 负责创建所有对象，根据参数返回不同的实例。
缺点：违反 开闭原则（OCP），每次新增对象类型都要修改工厂类。

2. 示例：支付系统（支付宝/微信支付）

class Payment:
    def pay(self, amount):
        pass

class Alipay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用支付宝支付 {amount} 元"

class WeChatPay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用微信支付 {amount} 元"

class PaymentFactory:
    @staticmethod
    def create_payment(method):
        if method == "alipay":
            return Alipay()
        elif method == "wechat":
            return WeChatPay()
        else:
            raise ValueError("不支持的支付方式")

# 使用工厂创建对象
payment = PaymentFactory.create_payment("alipay")
print(payment.pay(100))  # 输出：使用支付宝支付 100 元

3. 优缺点

✅ 优点：

代码集中管理对象的创建，降低耦合度。
适用于 对象种类少，变化不大的情况。

❌ 缺点：

不符合开闭原则（OCP），新增支付方式需要修改 PaymentFactory 代码。

（二）工厂方法模式（Factory Method Pattern）

1. 介绍

每个产品都有自己的工厂，创建逻辑封装在具体工厂类中。
符合开闭原则（OCP），新增产品时无需修改现有代码，只需新增具体工厂类。

2. 示例：多种支付方式

from abc import ABC, abstractmethod

# 抽象产品
class Payment(ABC):
    @abstractmethod
    def pay(self, amount):
        pass

# 具体产品
class Alipay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用支付宝支付 {amount} 元"

class WeChatPay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用微信支付 {amount} 元"

# 抽象工厂
class PaymentFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_payment(self):
        pass

# 具体工厂
class AlipayFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return Alipay()

class WeChatPayFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return WeChatPay()

# 使用工厂方法
factory = WeChatPayFactory()
payment = factory.create_payment()
print(payment.pay(200))  # 输出：使用微信支付 200 元

3. 优缺点

✅ 优点：

符合开闭原则，扩展新支付方式时，只需新增工厂类。
每个产品的创建逻辑独立，符合 单一职责原则。

❌ 缺点：

需要创建多个工厂类，代码量增加。

（三）抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

1. 介绍

工厂方法模式的扩展，用于创建 多个相关对象（产品族）。
适用于 多个产品族，如不同品牌的 UI 组件、数据库连接等。

2. 示例：支付 + 订单管理

from abc import ABC, abstractmethod

# 抽象产品A：支付方式
class Payment(ABC):
    @abstractmethod
    def pay(self, amount):
        pass

# 具体产品A
class Alipay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用支付宝支付 {amount} 元"

class WeChatPay(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"使用微信支付 {amount} 元"

# 抽象产品B：订单管理
class OrderManager(ABC):
    @abstractmethod
    def create_order(self, order_id):
        pass

# 具体产品B
class AlipayOrderManager(OrderManager):
    def create_order(self, order_id):
        return f"支付宝创建订单 {order_id}"

class WeChatOrderManager(OrderManager):
    def create_order(self, order_id):
        return f"微信创建订单 {order_id}"

# 抽象工厂
class PaymentFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_payment(self):
        pass

    @abstractmethod
    def create_order_manager(self):
        pass

# 具体工厂
class AlipayFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return Alipay()

    def create_order_manager(self):
        return AlipayOrderManager()

class WeChatFactory(PaymentFactory):
    def create_payment(self):
        return WeChatPay()

    def create_order_manager(self):
        return WeChatOrderManager()

# 使用抽象工厂
factory = WeChatFactory()
payment = factory.create_payment()
order_manager = factory.create_order_manager()

print(payment.pay(300))  # 输出：使用微信支付 300 元
print(order_manager.create_order("WX12345"))  # 输出：微信创建订单 WX12345

3. 优缺点

✅ 优点：

适用于 多个产品族，保证产品之间的兼容性。
符合开闭原则，易于扩展。

❌ 缺点：

代码结构复杂，适用于大型系统。

四、总结与对比

设计模式	适用场景	是否符合开闭原则	是否易扩展	代码复杂度
简单工厂	对象种类少，变化不大	❌ 否	❌ 不易扩展	⭐⭐
工厂方法	对象种类较多，需要扩展性	✅ 是	✅ 易扩展	⭐⭐⭐
抽象工厂	需要创建多个相关对象（产品族）	✅ 是	✅ 易扩展	⭐⭐⭐⭐