Factory Method
工厂方法
定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使得一个类的实例化延迟(目的:解耦,手段:虚函数)到子类。
解决什么问题
在软件系统中,经常面临着创建对象的工作;由于需求的变化,需要创建的对象的具体类型经常变化。
如何应对这种变化?如何绕过常规的对象创建方法(new),提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“具体对象创建工作”的紧耦合?(new导致的紧耦合)
并非消除变化,而是将变化关进笼子
结构
要点总结
- Factory Method模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型,紧耦合关系(new)会导致软件的脆弱。
- Factory Method模式通过面向对象的手法,将所要创建的具体对象工作延迟到子类,从而实现一种扩展(而非更改)的策略,较好地解决了这种紧耦合关系。
- Factory Method模式解决“单个对象”的需求变化。缺点在于要求创建方法/参数相同。
示例:针对不同文件的分割器
// 最初实现
class MainForm : public Form {
public:
void Button1_Click() {
// ...
FileSplitter* splitter = new FileSplitter(); // 此处MainForm与FileSplitter紧耦合 当需要使用其它分割器 就需要更改代码
splitter->split();
}
};
class FileSplitter {
public:
void split() {
// ...
}
}
class VideoSplitter {
public:
void split() {
// ...
}
}
class AudioSplitter {
public:
void split() {
// ...
}
}
// ...
// 进一步 当我们考虑将不同分割器设计成一个抽象基类的子类时
class MainForm : public Form {
public:
void Button1_Click() {
// ...
// Splitter* = new Splitter(); // 抽象基类不能实例化
Splitter* splitter = new FileSplitter(); // 此时并没有解决MainForm与FileSplitter紧耦合问题
splitter->split();
}
};
class Splitter {
public:
virtual void split() = 0;
};
class FileSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
class VideoSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
class AudioSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
// ...
// 使用Factory Method
class MainForm : public Form {
private:
SplitterFactory* splitterFactory;
public:
MainForm(SplitterFactory* splitterFactory) {
this->splitterFactory = splitterFactory;
}
void Button1_Click() {
// ...
Splitter* splitter = splitterFactory->CreateSplitter(); //
splitter->split();
}
};
class Splitter {
public:
virtual void split() = 0;
virtual ~Splitter() {}
};
class FileSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
class VideoSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
class AudioSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
};
class SplitterFactory {
public:
virtual Splitter* CreateSplitter() = 0;
virtual ~SplitterFactory() {}
};
class FileSplitterFactory : public SplitterFactory {
public:
Splitter* CreateSplitter() {
return new FileSplitter();
}
}
class VideoSplitterFactory : public SplitterFactory {
public:
Splitter* CreateSplitter() {
return new VideoSplitter();
}
}
class VideoSplitterFactory : public SplitterFactory {
public:
Splitter* CreateSplitter() {
return new VideoSplitter();
}
}
Abstract Factory
抽象工厂
提供一个接口,让该接口负责创建一些列“相关或者相互依赖的对象”,无需指定他们具体的类。
解决什么问题
在软件系统中,经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作;同时,由于需求的变化,往往存在更多系列对象的创建工作。
如何应对这种变化?如何绕开常规的对象创建方法(new),提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合?
结构
要点总结
- 如果没有应对”多系列对象构建“的需求变化,则没有必要使用Abstract Factory模式,这时候使用简单的工厂完全可以。
- ”系列对象“指的是在某一特定系列下的对象之间有相互依赖、或作用的关系。不同系列的对象之间不能相互依赖。
- Abstract Factory模式主要在于应对”新系列“的需求变动。其缺点在于难以应对”新对象“的需求变动。
示例:数据库访问接口
// 最初实现
class EmployeeDAO {
public:
vector<EmployeeDAO> GetEmployees() {
// 考虑到 当需求变动时 我们需要支持不同的数据库 那么应该怎么做
SqlConnection* connection = new SqlConnection();
connection->ConnectionString("...");
SqlCommand* command = new SqlCommand();
command->SetConnection(connection);
command->CommandText("...");
SqlDataReader* reader = command->ExecuteReader();
while (reader->Read()) {
}
}
};
// 首先想到使用Factory Method
class IDBConnection {
public:
virtual ~IDBConnection() {}
// 其他接口...
};
class IDBCommand {
public:
virtual ~IDBCommand() {}
// 其他接口...
};
class IDBDataReader {
public:
virtual ~IDBDataReader() {}
// 其他接口...
};
// 不同数据库支持
class SQLServerConnection : public IDBConnection {
};
class SQLServerCommand : public IDBCommand {
};
class SQLServerDataReader : public IDBDataReader {
};
class MySQLConnection : public IDBConnection {
};
class MySQLCommand : public IDBCommand {
};
class MySQLDataReader : public IDBDataReader {
};
// ...等其他数据库
// 此时还需要实现各个工厂
class IDBConnectionFactory {
public:
virtual IDBConnection* createDBConnection() = 0;
// ...
};
class IDBCommandFactory {
public:
virtual IDBCommand* createDBCommand() = 0;
// ...
};
class IDBDataReaderFactory {
public:
virtual IDBDataReader* createDBDataReader() = 0;
// ...
};
// 实现各个具体工厂
class SQLServerConnectionFactory : public IDBConnectionFactory {
};
class SQLServerCommandFactory : public IDBCommandFactory {
};
class SQLServerDataReaderFactory : public IDBDataReaderFactory {
};
class MySQLConnectionFactory : public IDBConnectionFactory {
};
class MySQLCommandFactory : public IDBCommandFactory {
};
class MySQLDataReaderFactory : public IDBDataReaderFactory {
};
// ...
class EmployeeDAO { // 此时好像解决了具体数据库和EmployeeDAO耦合的问题,但是也引入新问题
private:
// 如果此处 我们传入的Connecion、Command不是同一个数据库
// 可以很明显看到 下面三个对象必须是同一个数据库 但是在这里的代码并没有保证这一点
IDBConnectionFactory* dbConnectionFactory;
IDBCommandFactory* dbCommandFactory;
IDBDataReaderFactory* dbDataReaderFactory;
public:
// ...
vector<EmployeeDAO> GetEmployees() {
IDBConnection* connection = dbConnectionFactory->createDBConnection();
connection->ConnectionString("...");
IDBCommand* command = dbCommandFactory->createDBCommand();
command->SetConnection(connection);
command->CommandText("...");
IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader();
while (reader->Read()) {
}
}
};
// 使用Abstract Factory
class IDBConnection {
public:
virtual ~IDBConnection() {}
// 其他接口...
};
class IDBCommand {
public:
virtual ~IDBCommand() {}
// 其他接口...
};
class IDBDataReader {
public:
virtual ~IDBDataReader() {}
// 其他接口...
};
// 不同数据库支持
class SQLServerConnection : public IDBConnection {
};
class SQLServerCommand : public IDBCommand {
};
class SQLServerDataReader : public IDBDataReader {
};
class MySQLConnection : public IDBConnection {
};
class MySQLCommand : public IDBCommand {
};
class MySQLDataReader : public IDBDataReader {
};
// ...等其他数据库
// 此时还需要实现各个工厂
class IDBFactory {
public:
// 高内聚 低耦合
// 将相关性高的放在一起
virtual IDBConnection* createDBConnection() = 0;
virtual IDBCommand* createDBCommand() = 0;
virtual IDBDataReader* createDBDataReader() = 0;
// ...
};
// 实现各个具体工厂
class SQLServerFactory : public IDBFactory {
};
class MySQLFactory : public IDBFactory {
};
// ...
class EmployeeDAO {
private:
IDBFactory* dbFactory;
public:
// ...
vector<EmployeeDAO> GetEmployees() {
IDBConnection* connection = dbFactory->createDBConnection();
connection->ConnectionString("...");
IDBCommand* command = dbFactory->createDBCommand();
command->SetConnection(connection);
command->CommandText("...");
IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader();
while (reader->Read()) {
}
}
};
Prototype
原型模式
使用原型实例指定创建对象的种类,然后通过拷贝这些原型来创建新的对象。
解决什么问题
在软件系统中,经常面临着”某些结构复杂的对象“的创建工作;由于需求的变化,这些对象经常面临着剧烈的变化,但是它们却拥有比较稳定一致的接口。
如何应对这种变化?如何向”客户程序(使用这些对象的程序)“隔离出”这些易变特性“,从而使得这些易变对象的客户程序”不随着需求的改变而改变“?
结构
要点总结
- Prototype模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型(易变类 )之间的耦合关系,它同样要求这些”易变类“拥有”稳定的接口“。
- Prototype模式对于”如何创建易变类的实体对象“采用”原型克隆“的方法来做,它使得我们可以非常灵活地动态创建”拥有某些稳定接口“的新对象——所需工作仅仅是注册一个新类的对象(即原型),然后在任何需要的地方Clone。
- Prototype模式中的Clone方法可以利用某些框架中的序列化来实现深拷贝。
示例:针对不同文件的分割器,对比Factory Method
对于选择Factory Method还是Prototype,如果对象可以在Factory中很简单的创建出来,就使用Factory Method,但是对于复杂对象,在创建对象时需要保留各种状态,不方便甚至难以在Factory中做到,这时选用Prototype
// 使用Prototype
class MainForm : public Form {
private:
Splitter* prototype;
public:
MainForm(Splitter* prototype) {
this->prototype = prototype;
}
void Button1_Click() {
// ...
Splitter* splitter = prototype->clone(); // 克隆原型
splitter->split();
}
};
class Splitter {
public:
virtual void split() = 0;
virtual ~Splitter() {}
virtual Splitter* clone() = 0;
};
class FileSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
virtual Splitter* clone() {
return new FileSplitter(*this);
}
};
class VideoSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
virtual Splitter* clone() {
return new VideoSplitter(*this);
}
};
class AudioSplitter : public Splitter {
public:
void split() {
// ...
}
virtual Splitter* clone() {
return new AudioSplitter(*this);
}
};
Builder
构建器
将一个复杂对象的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程(稳定)可以创建不同的表示(变化)。
解决什么问题
在软件系统中,有时候面临着”一个复杂对象“的创建工作,其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成;由于需求的变化,这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化,但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。
如何应对这种变化?如何提供一种”封装机制“来隔离出”复杂对象的各个部分“的变化,从而保持系统中的”稳定构建算法“不随着需求的改变而改变?
结构
要点总结
- Builder模式主要用于”分步骤构建一个复杂的对象“。在这其中”分步骤“是一个稳定的算法,而复杂对象的各个部分则经常变化。
- 变化点在哪里,封装哪里——Builder模式主要在于应对”复杂对象各个部分“的频繁需求变动。其缺点在于难以应对”分步骤构建算法”的需求变动。
- 在Builder模式中,要注意不同语言中构造器内调用虚函数的差别(C++、C#)
示例:用一个类表示不同的房子,建房子的材料不同,但是步骤一致
// 初始实现
class House {
public:
void Init() {// 稳定
this->BuildPart1();
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
this->BuildPart2();
}
bool flag = this->BuildPart3();
if (flag) {
this->BuildPart4();
}
this->BuildPart5();
}
virtual ~House() {}
protected:
// 变化
virtual void BuildPart1() = 0;
virtual void BuildPart2() = 0;
virtual void BuildPart3() = 0;
virtual void BuildPart4() = 0;
virtual void BuildPart5() = 0;
};
class StoneHouse : public House {
protected:
virtual void BuildPart1() {
}
virtual void BuildPart2() {
}
virtual void BuildPart3() {
}
virtual void BuildPart4() {
}
virtual void BuildPart5() {
}
};
void Process {
House* pHouse = new StoneHouse();
pHouse->Init();
}
class House {
// ...
};
class HouseBuilder {
public:
House* GetResult() {
return pHouse;
}
virtual ~HouseBuilder() {}
protected:
House* pHouse;
// 变化
virtual void BuildPart1() = 0;
virtual void BuildPart2() = 0;
virtual void BuildPart3() = 0;
virtual void BuildPart4() = 0;
virtual void BuildPart5() = 0;
};
// 变化
class StoneHouse : public House {
};
class StoneHouseBuilder : public HouseBuilder {
protected:
virtual void BuildPart1() {
// pHouse->Part1 = ...
}
virtual void BuildPart2() {
}
virtual void BuildPart3() {
}
virtual void BuildPart4() {
}
virtual void BuildPart5() {
}
};
class HouseDirector {// 稳定
public:
HouseDirector(HouseBuilder* pHouseBuilder) {
this->pHouseBuilder = pHouseBuilder;
}
House* Construct() {// 稳定
pHouseBuilder->BuildPart1();
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
pHouseBuilder->BuildPart2();
}
bool flag = pHouseBuilder->BuildPart3();
if (flag) {
pHouseBuilder->BuildPart4();
}
pHouseBuilder->BuildPart5();
return pHouseBuilder->GetResult();
}
private:
HouseBuilder* pHouseBuilder;
};
void Process {
HouseBuilder* pHouseBuilder = new StoneHouseBuilder();
HouseDirector* pHouseDirector = new HouseDirector(pHouseBuilder);
House* pHouse = pHouseDirector->Construct();
}