Python设计模式之工厂模式详解

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前言

抽象工厂设计模式是抽象方法的一种泛化。概括来说,一个抽象工厂是(逻辑上)一组工厂方法,其中的每个工厂方法负责产生不同种类的对象。

现实生活的例子

汽车制造业应用了抽象工厂的思想。冲压不同的汽车模型的部件(车门、仪表盘、车篷、挡泥板及反光镜等)所使用的机件是相同的 ,机件装配起来的模型随时可配置,且易于改变。

应用案例

因为抽象工厂模式是工厂方法模式的一种泛化,所以它提供相同的好处:让对象的创建更容易追踪,将对象创建与使用解耦,提供优化内存占用和应用性能的潜力。

抽象工厂的特点:在使用工厂方法时从用户视角通常是看不到的,那就是抽象工厂能够通过改变激活的工厂方法动态地(运行时)改变应用行为,而不需要终止应用然后重新启动。

代码实现

想象一下,我们正在创造一个游戏,或者想在应用中包含一个迷你游戏让用户娱乐。我们希望至少包含两个游戏,一个面向孩子,一个面向成人。

在运行时,基于用户输入,决定该创建哪个游戏并运行,游戏的创建部分由一个抽象工厂维护。

从孩子的游戏说起,我们将该游戏命名为FrogWord。主人公是一只青蛙,喜欢吃虫子。

每个英雄都需要一个好名字,在我们的例子中,这个名字在运行时由用户给定。

方法interact_with()用于描述青蛙与障碍物(比如,虫子、迷宫或者其他青蛙)之间的交互。

交互。

class Frog:    def __init__(self, name):        self.name = name
    def __str__(self):        return self.name
    def interact_with(self, obstacle):        print('{} the Frog encounters {} and {}!'.format(self, obstacle, obstacle.action()))

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障碍物可以有很多种,但对于我们的例子,可以仅仅是虫子,当青蛙遇到一只虫子,只支持一种动物,那就是吃掉它!

class Bug:    def __str__(self):        return 'a bug'
    def action(self):        return 'eats it'

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类FrogWord是一个抽象工厂,其主要职责是创建游戏的主人公和障碍物。

区分创建方法并使其名字通用(比如,make_character()和make_obstacle()),这让我们可以动态改变当前激活的工厂(也因此改变了当前激活的游戏),而无需进行任何代码变更。

在一门静态语言中,抽象工厂是一个抽象类/接口,具备一些空方法,但在Python中无需如此,因为类型是在运行时检测的。

class FrogWorld:    def __init__(self, name):        print(self)        self.player_name = name
    def __str__(self):        return '\n\n\t-------- Frog World-----------'
    def make_character(self):        return Frog(self.player_name)
    def make_obstacle(self):        return Bug()

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WizardWorld游戏类似,在故事中唯一的区别是男巫战怪兽,而不是青蛙吃虫子。

class Wizard:    def __init__(self, name):        self.name = name
    def __str__(self):        return self.name
    def interact_with(self, obstacle):        print('{} the Frog encounters {} and {}!'.format(self, obstacle, obstacle.action()))

class Ork:    def __str__(self):        return 'an evil ork'
    def action(self):        return 'kills it'

class WizardWorld:    def __init__(self, name):        print(self)        self.player_name = name
    def __str__(self):        return '\n\t--------- Wizard World---------'
    def make_character(self):        return Wizard(self.player_name)
    def make_obstacle(self):        return Ork()

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类GameEnvironment是我们游戏的主入口。它接收factory作为输入,用其创建游戏的世界。

方法play()则会启动hero和obstacle之间的交互:

class GameEnvironment:    def __init__(self, factory):        self.hero = factory.make_character()        self.obstacle = factory.make_obstacle()
    def play(self):        self.hero.interact_with(self.obstacle)

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函数validate_age()提示用户提供一个有效的年龄,如果年龄无效,则会返回一个元组,其第一个元素设置为False。

如果年龄没有问题,元组的第一个元素则设置为True,但我们真正关心的是元组的第二个元素,也就是用户提供的年龄。

def validate_age(name):    age = input("Welcome {}. How old are you? ".format(name))    try:        age = int(age)        return True, age
    except ValueError:        print("Age {} is invalid, please try again...".format(age))        return False, age

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最后一个要点是main()函数,该函数请求用户的姓名和年龄,并根据用户的年龄决定该玩哪个游戏。

def main():    name = input("Hello. What's your name? ")    valid_input = False    age = None    while not valid_input:        valid_input, age = validate_age(name)    game = FrogWorld if age < 18 else WizardWorld    environment = GameEnvironment(game(name))    environment.play()

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抽象工厂实现的完整代码

class Frog:    def __init__(self, name):        self.name = name
    def __str__(self):        return self.name
    def interact_with(self, obstacle):        print('{} the Frog encounters {} and {}!'.format(self, obstacle, obstacle.action()))

class Bug:    def __str__(self):        return 'a bug'
    def action(self):        return 'eats it'

class FrogWorld:    def __init__(self, name):        print(self)        self.player_name = name
    def __str__(self):        return '\n\n\t-------- Frog World-----------'
    def make_character(self):        return Frog(self.player_name)
    def make_obstacle(self):        return Bug()

class Wizard:    def __init__(self, name):        self.name = name
    def __str__(self):        return self.name
    def interact_with(self, obstacle):        print('{} the Frog encounters {} and {}!'.format(self, obstacle, obstacle.action()))

class Ork:    def __str__(self):        return 'an evil ork'
    def action(self):        return 'kills it'

class WizardWorld:    def __init__(self, name):        print(self)        self.player_name = name
    def __str__(self):        return '\n\t--------- Wizard World---------'
    def make_character(self):        return Wizard(self.player_name)
    def make_obstacle(self):        return Ork()

class GameEnvironment:    def __init__(self, factory):        self.hero = factory.make_character()        self.obstacle = factory.make_obstacle()
    def play(self):        self.hero.interact_with(self.obstacle)

def validate_age(name):    age = input("Welcome {}. How old are you? ".format(name))    try:        age = int(age)        return True, age
    except ValueError:        print("Age {} is invalid, please try again...".format(age))        return False, age

def main():    name = input("Hello. What's your name? ")    valid_input = False    age = None    while not valid_input:        valid_input, age = validate_age(name)    game = FrogWorld if age < 18 else WizardWorld    environment = GameEnvironment(game(name))    environment.play()

if __name__ == '__main__':    main()

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End