Python设计模式 - 工厂模式

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，或者想在应用种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。主人公时一只青蛙，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。

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()))

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'

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()

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()

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)

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

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()

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()