工厂方法模式 (Factory Method Pattern)

结构图

• Product（抽象产品）：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。
• ConcreteProduct（具体产品）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。
• Factory（抽象工厂）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法(Factory Method)，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
• ConcreteFactory（具体工厂）：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

示例

using System;

namespace DesignPatterns.FactoryMethod
{
    // The Creator class declares the factory method that is supposed to return
    // an object of a Product class. The Creator's subclasses usually provide
    // the implementation of this method.
    abstract class Creator
    {
        // Note that the Creator may also provide some default implementation of
        // the factory method.
        public abstract IProduct FactoryMethod();

        // Also note that, despite its name, the Creator's primary
        // responsibility is not creating products. Usually, it contains some
        // core business logic that relies on Product objects, returned by the
        // factory method. Subclasses can indirectly change that business logic
        // by overriding the factory method and returning a different type of
        // product from it.
        public string SomeOperation()
        {
            // Call the factory method to create a Product object.
            var product = FactoryMethod();
            // Now, use the product.
            var result = "Creator: The same creator's code has just worked with "
                + product.Operation();

            return result;
        }
    }

    // Concrete Creators override the factory method in order to change the
    // resulting product's type.
    class ConcreteCreator1 : Creator
    {
        // Note that the signature of the method still uses the abstract product
        // type, even though the concrete product is actually returned from the
        // method. This way the Creator can stay independent of concrete product
        // classes.
        public override IProduct FactoryMethod()
        {
            return new ConcreteProduct1();
        }
    }

    class ConcreteCreator2 : Creator
    {
        public override IProduct FactoryMethod()
        {
            return new ConcreteProduct2();
        }
    }

    // The Product interface declares the operations that all concrete products
    // must implement.
    public interface IProduct
    {
        string Operation();
    }

    // Concrete Products provide various implementations of the Product
    // interface.
    class ConcreteProduct1 : IProduct
    {
        public string Operation()
        {
            return "{Result of ConcreteProduct1}";
        }
    }

    class ConcreteProduct2 : IProduct
    {
        public string Operation()
        {
            return "{Result of ConcreteProduct2}";
        }
    }

    class Client
    {
        public void Main()
        {
            Console.WriteLine("App: Launched with the ConcreteCreator1.");
            ClientCode(new ConcreteCreator1());
            
            Console.WriteLine("");

            Console.WriteLine("App: Launched with the ConcreteCreator2.");
            ClientCode(new ConcreteCreator2());
        }

        // The client code works with an instance of a concrete creator, albeit
        // through its base interface. As long as the client keeps working with
        // the creator via the base interface, you can pass it any creator's
        // subclass.
        public void ClientCode(Creator creator)
        {
            // ...
            Console.WriteLine("Client: I'm not aware of the creator's class," +
                "but it still works.\n" + creator.SomeOperation());
            // ...
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            new Client().Main();
        }
    }
}

运行结果

App: Launched with the ConcreteCreator1.
Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.
Creator: The same creator's code has just worked with {Result of ConcreteProduct1}

App: Launched with the ConcreteCreator2.
Client: I'm not aware of the creator's class, but it still works.
Creator: The same creator's code has just worked with {Result of ConcreteProduct2}

总结

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时还弥补了简单工厂模式的不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和API类库的核心模式。

优点

1. 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
2. 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，就正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
3. 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

缺点

1. 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
2. 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

适用场景

1. 客户端不知道它所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。
2. 抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。