Python語言中的工廠方法模式初探

【摘要】Python是一種使用率比較高的，完全面向對象的動態語言。本文嘗試使用Python語言來實現工廠方法設計模式。

【關鍵詞】Python;設計模式;工廠方法

設計模式是一個抽象層次，描述了在一個特定的環境中用來解決一般設計問題的對象和類之間的交互關系，其主要目的是充分利用語言的特性，設計可復用的、能夠適應需求變更的軟件。Python是一種完全面向對象的動態語言，提供了與傳統面向對象語言截然不同的對象模型，影響了設計模式的實現和使用。Python中類也是對象，類和類的對象都有 可供操作的特殊屬性，在運行時還可以修改類的結構和定義，這些特性使Python具有強大的“內省”能力，利用這種能力程序員可以創建高級的、動態的和靈活的應用程序，可以更容易實現設計模式。

工廠方法（Factory Method）模式又稱為虛擬構造器（Virtual Constructor）模式或者多態工廠（Polymorphic Factory）模式。在工廠方法模式中，父類負責定義創建對象的公共接口，而子類則負責生成具體的對象，這樣做的目的是將類的實例化操作延遲到子類中完成，即由子類來決定究竟應該實體化哪一個類。

簡單說來，工廠方法模式的作用就是可以根據不同的條件生成各種類的實例，這些實例通常屬于多個相似的類型，并且具有共同的父類。工廠方法模式將這些實例的創建過程封裝了起來，從而簡化了客戶程序的編寫，并改善了軟件體系結構的可擴展性，使得將來能夠以最小的代價加入新的子類。

需要說明的是，使用工廠方法模式創建對象并不意味著一定會讓代碼變得更短（實事上往往更長），并且可能需要設計更多的輔助類，但它的確可以靈活地、有彈性地創建尚未確定的對象，從而簡化了客戶端應用程序的邏輯結構，并提高了代碼的可讀性和可重用性。

參考GoF的設計模式一書，對書中實現迷宮工廠的C++代碼用Python實現如下：

1.class MazeFactory：

2.def MakeMaze（self）：

3.return Maze（）

4.def MakeWall（self）：

5.return Wall（）

6.def MakeRoom（self， n）：

7.return Room（n）

8.def MakeDoor（self， r1， r2）：

9.return Door（r1， r2）

上述代碼定義了一個可以創建Maze、Wall、Room和Door的MazeFactory接口，接下來創建一個魔法迷宮工廠 EnchantedFactory，EnchantedFactory繼承于MazeFactory，并通過MakeRoom和MakeDoor接口創建了具有富有個性的EnchantedRoom和EnchantedDoor。 \u2028

1.class EnchantedFactory（MazeFactory）：

2.def MakeRoom（self， n）：

3.return EnchantedRoom（n）

4.def MakeDoor（self， r1， r2）：

5.return EnchantedDoor（r1， r2）

這段代碼只是對C++代碼的簡單翻譯，沒有運用Python的語言特色。從上述的代碼中可以看出，抽象工廠難以向MazeFactory中添加新的產品，假如迷宮中還需要創建陷阱（Trap），就必須在MazeFactory接口中增加MakeTrap方法，這樣就造成了MazeFactory接口的不穩定，繼承 MazeFactory的所有子類的接口也隨著基類的接口改變而改變。

工廠方法（Factory Method）解決了通過引入一個的Make操作將創建所有產品類型的操作統一化，Make操作中有一個參數可以唯一標識創建對象的類型。然而，用C++語言實現的工廠方法仍然存在局限性，這種局限性不利于構建可復用的軟件。因為創建所有的產品類型都是通過Make接口的，為了保持Make接口的返回值對 所有產品的兼容性，就不得不迫使所有產品類型必須繼承于一個公共的基類，然后Make接口返回該基類，這樣保證了Make返回的類型都可以轉換成特定的產品類型。但是，同一系列不同類型的產品在邏輯上可能不存在明確的公共基類，比如MazeFactory中的Maze和Wall，而且，使用公共基類導致了大量的向下強制轉換，這種轉換往往是不安全的，有時還不可行。Pyhon語言的動態類型特性為解決該問題提供良好的方案，Python允許一個變量在運行時綁定到不同類型的對象上，所以不必要求不同類型的產品具有公共基類，Make接口不必聲明其返回類型，調用時具體的返回值類型在運行時交給解釋器去完成。Python實現工廠方法的代碼如下：

1.class Maze：…

2.class Wall：…

3.…

4.class MazeFactory（object）：

5.def make（self， typename， *args）：

6.if typename == 'maze'： return Maze（）

7.elif typename == 'wall'： return Wall（）

8.elif typename == 'room'：

9.return Room（args[0]）

10.elif typename == 'door'： ]

11.return Door（args[0]， args[1]）

self是MazeFactory實例對象的引用參數，typename標識創建對象的類型，*args是創建具體對象時所需的參數列表。魔法迷宮的代碼：

1.class EnchantedFactory（MazeFactory）：

2.def make（self， typename， *args）：

3.if typename == 'room'： return EnchantedRoom（args[0] ）

4.elif typename == 'door'： return EnchantedDoor（args[0]，args[1]）

5.else： return super（EnchantedFactory， self）.make（typename， args）

make方法中的return super（EnchantedFactory， self）.make（typename， args）表示調用父類的操作創建其它類型的對象。

那么創建一個具體的EnchantedFactory實例的代碼：

1.mf = EnchantedFactory（）

2.mz = mf.make（'maze'）

3.r1 = mf.make（'room'， 1）

4.r2 = mf.make（'room'， 2）

5.dr = mf.make（'door'， r1， r2）

當需要在MazeFactory添加一個Trap新類型時，只需要在Make方法中添加標示新類型的參數即可：

elif typename == “trap”： return Trap（）

這種做法不但保持了MazeFactory對外接口的穩定性，而且不需要類型的向下轉換。

參考文獻

[1]程杰著.大話設計模式[M].清華大學出版社，2007，12.

[2]Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，John Vissides著，李英軍，馬曉星，蔡敏，劉建中等譯.設計模式：可利用面向對象軟件的基礎[M].機械工業出版社，2010，7.

作者簡介：林中鴻（1975—），寧夏中衛人，講師，研究方向：計算機網絡、程序設計。