C# 工厂模式学习

光会到来 · 发表于 2024-5-27 11:44:41

工厂模式（Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的接口，而不是通过具体类来实例化对象。工厂模式可以将对象的创建过程封装起来，使代码更具有灵活性和可扩展性。
工厂模式有几种常见的实现方式：

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：简单工厂模式通过一个工厂类来决定创建哪种具体类的实例。这个工厂类通常提供一个静态方法，根据传入的参数创建相应的对象。
工厂方法模式（Factory Method Pattern）：工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需明确指定具体类。通过使用抽象工厂模式，一个类可以实例化一组相关对象，而不需要知道它们的具体类。

简单工厂模式示例

假设我们有一个动物园项目，需要创建不同的动物对象：

// 动物接口
public interface IAnimal
{
void Speak();
}
// 具体的动物类
public class Dog : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Woof!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Meow!");
}
}
// 简单工厂类
public static class AnimalFactory
{
public static IAnimal CreateAnimal(string animalType)
{
switch (animalType.ToLower())
{
case "dog":
return new Dog();
case "cat":
return new Cat();
default:
throw new ArgumentException("Unknown animal type");
}
}
}
// 使用示例
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IAnimal animal = AnimalFactory.CreateAnimal("dog");
animal.Speak(); // 输出：Woof!
}
}

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工厂方法模式示例

假设我们有一个动物园项目，不同的子类需要创建不同的动物对象：

// 动物接口
public interface IAnimal
{
void Speak();
}
// 具体的动物类
public class Dog : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Woof!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Meow!");
}
}
// 工厂接口
public interface IAnimalFactory
{
IAnimal CreateAnimal();
}
// 具体工厂类
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Dog();
}
}
public class CatFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Cat();
}
}
// 使用示例
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IAnimalFactory factory = new DogFactory();
IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
animal.Speak(); // 输出：Woof!
}
}

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抽象工厂模式示例

假设我们有一个动物园项目，需要创建一组相关的对象（例如，动物及其食物）：

// 动物接口
public interface IAnimal
{
void Speak();
}
// 具体的动物类
public class Dog : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Woof!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Meow!");
}
}
// 食物接口
public interface IFood
{
void Get();
}
// 具体的食物类
public class DogFood : IFood
{
public void Get()
{
Console.WriteLine("Dog food");
}
}
public class CatFood : IFood
{
public void Get()
{
Console.WriteLine("Cat food");
}
}
// 抽象工厂接口
public interface IAnimalFactory
{
IAnimal CreateAnimal();
IFood CreateFood();
}
// 具体工厂类
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Dog();
}
public IFood CreateFood()
{
return new DogFood();
}
}
public class CatFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Cat();
}
public IFood CreateFood()
{
return new CatFood();
}
}
// 使用示例
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IAnimalFactory factory = new DogFactory();
IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
IFood food = factory.CreateFood();
animal.Speak(); // 输出：Woof!
food.Get(); // 输出：Dog food
}
}

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以上是三种工厂模式的基本示例，可以根据具体需求选择合适的工厂模式来实现代码的创建和管理。如果希望在增加新动物类型时尽量减少对现有类的修改，推荐使用工厂方法模式。工厂方法模式的设计使得每新增一种动物，只需增加一个对应的工厂类和具体的动物类，而无需修改已有的代码，从而符合开闭原则（即对扩展开放，对修改关闭）。
使用工厂方法模式

下面是一个更完善的工厂方法模式示例，展示了如何在增加新动物时，尽量减少对现有代码的修改。

// 动物接口
public interface IAnimal
{
void Speak();
}
// 具体的动物类
public class Dog : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Woof!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Meow!");
}
}
// 新增的动物类
public class Bird : IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Tweet!");
}
}
// 工厂接口
public interface IAnimalFactory
{
IAnimal CreateAnimal();
}
// 具体工厂类
public class DogFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Dog();
}
}
public class CatFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Cat();
}
}
// 新增的动物工厂类
public class BirdFactory : IAnimalFactory
{
public IAnimal CreateAnimal()
{
return new Bird();
}
}
// 使用示例
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<IAnimalFactory> factories = new List<IAnimalFactory>
{
new DogFactory(),
new CatFactory(),
new BirdFactory() // 新增的工厂只需在这里添加
};
foreach (var factory in factories)
{
IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
animal.Speak();
}
}
}

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在这个示例中，新增一种动物只需：

创建新的具体动物类，例如 Bird。
创建对应的工厂类，例如 BirdFactory。
在使用的地方添加新的工厂实例，例如在 factories 列表中添加 new BirdFactory()。

这样做的好处是每增加一个新动物类型，不需要修改现有的工厂类或具体的动物类，只需要添加新的类和工厂即可，从而降低了代码修改的风险和复杂度。
使用反射和配置来进一步减少修改

如果希望在增加动物时连代码都不需要改动，可以考虑使用反射和配置文件的方式。通过配置文件定义动物类型和对应的工厂类，然后使用反射动态加载：

// 动物接口和具体的动物类（同上）
// 工厂接口和具体工厂类（同上）
// 使用反射加载工厂类
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 假设配置文件中定义了动物类型和对应的工厂类
var factoryTypes = new List<string>
{
"DogFactory",
"CatFactory",
"BirdFactory" // 配置文件中新增的工厂类
};
var factories = new List<IAnimalFactory>();
foreach (var factoryType in factoryTypes)
{
var type = Type.GetType(factoryType);
if (type != null && typeof(IAnimalFactory).IsAssignableFrom(type))
{
var factory = (IAnimalFactory)Activator.CreateInstance(type);
factories.Add(factory);
}
}
foreach (var factory in factories)
{
IAnimal animal = factory.CreateAnimal();
animal.Speak();
}
}
}

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接口与继承结合使用

工厂模式主要使用了接口、继承，在C#中，接口和继承是面向对象编程的重要概念。接口定义了一组方法和属性，而继承允许一个类从另一个类继承其成员。接口可以实现多重继承，而类只能继承一个基类。通常情况下，接口和继承可以结合使用，以充分利用它们各自的优点。通过这种方式，基类可以提供一些通用的实现，而接口可以定义特定的行为。

// 接口
public interface IAnimal
{
void Speak();
void Eat();
}
// 基类
public class Animal
{
public void Sleep()
{
Console.WriteLine("Sleeping...");
}
}
// 派生类实现接口
public class Dog : Animal, IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Woof!");
}
public void Eat()
{
Console.WriteLine("Dog is eating.");
}
}
public class Cat : Animal, IAnimal
{
public void Speak()
{
Console.WriteLine("Meow!");
}
public void Eat()
{
Console.WriteLine("Cat is eating.");
}
}
// 使用示例
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IAnimal dog = new Dog();
dog.Speak(); // 输出：Woof!
dog.Eat(); // 输出：Dog is eating.
IAnimal cat = new Cat();
cat.Speak(); // 输出：Meow!
cat.Eat(); // 输出：Cat is eating.
// 使用基类方法
Animal animalDog = (Animal)dog;
animalDog.Sleep(); // 输出：Sleeping...
Animal animalCat = (Animal)cat;
animalCat.Sleep(); // 输出：Sleeping...
}
}

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总结

接口：定义了一组必须实现的方法和属性，没有实现代码。支持多重继承，使得类可以实现多个接口。
继承：用于从现有类创建新类，继承基类的成员。每个类只能有一个基类，但可以实现多个接口。
结合使用：通过将接口和继承结合使用，可以实现代码的高复用性和灵活性。

通过上述示例，可以看到如何使用接口和继承来设计灵活且可扩展的应用程序结构。这样既能充分利用基类的通用功能，又能通过接口实现特定的行为。

来源:https://www.cnblogs.com/hlyt/p/18215101
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