Python 设计模式——Factory Method模式

　　一、简介
　　工厂方法（Factory Method）模式又称为虚拟构造器（Virtual Constructor）模式或者多态工厂（Polymorphic Factory）模式，属于类的创建型模式。在工厂方法模式中，父类负责定义创建对象的公共接口，而子类则负责生成具体的对象，这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成，即由子类来决定究竟应该实体化哪一个类。
　　
　　在简单工厂模式中，一个工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置上，它知道每一个产品类的细节，并决定何时哪一个产品类应当被实例化。简单工厂模式的优点是能够使客户端独立于产品的创建过程，并且在系统中引入新产品时无需对客户端进行修改，缺点是当有新产品要加入到系统中时，必须对工厂类进行修改，以加入必要的处理逻辑。简单工厂模式的致命弱点就是处于核心地位的工厂类，因为一旦它无法确定要对哪个类进行实例化时，就无法使用该模式，而工厂方法模式则可以很好地避免这一问题。
　　
　　考虑这样一个应用程序框架（Framework），它可以用来浏览各种格式的文档，如TXT、DOC、PDF、HTML等，设计时为了让软件的体系结构能够尽可能地通用，定义了Application和Document这两个抽象父类，客户必须通过它们的子类来处理某一具体类型的文档。例如，要想利用该框架来编写一个PDF文件浏览器，必须先定义PDFApplication和PDFDocument这两个类，它们应该分别继承于Application和Document。
　　
　　Application的职责是对Document进行管理，并且在需要时创建它们，比如当用户从菜单中选择Open或者New的时候，Application就要负责创建一个Document的实例。显而易见，被实例化的特定Document子类是与具体应用相关的，因此Application无法预测哪个Document的子类将被实例化，它只知道一个新的Document何时（When）被创建，但并不知道哪种（Which）具体的Document将被创建。此时若仍坚持使用简单工厂模式会出现一个非常尴尬的局面：框架必须实例化类，但它只知道不能被实例化的抽象类。
　　
　　解决的办法是使用工厂方法模式，它封装了哪一个Document子类将被创建的信息，并且能够将这些信息从框架中分离出来。如图1所示，Application的子类重新定义了Application的抽象方法createDocument()，并返回某个恰当的Document子类的实例。我们称createDocument()是一个工厂方法（factory method），因为它非常形象地描述了类的实例化过程，即负责"生产"一个对象。
　　 　
　　 图1
　　简单说来，工厂方法模式的作用就是可以根据不同的条件生成各种类的实例，这些实例通常属于多个相似的类型，并且具有共同的父类。工厂方法模式将这些实例的创建过程封装了起来，从而简化了客户程序的编写，并改善了软件体系结构的可扩展性，使得将来能够以最小的代价加入新的子类。工厂方法这一模式适合在如下场合中运用：
　　
　　当无法得知必须创建的对象属于哪个类的时候，或者无法得知属于哪个类的对象将被返回的时候，但前提是这些对象都符合一定的接口标准。
　　当一个类希望由它的子类来决定所创建的对象的时候，其目的是使程序的可扩展性更好，在加入其他类时更具弹性。
　　当创建对象的职责被委托给多个帮助子类（helper subclass）中的某一个，并且希望将哪个子类是代理者这一信息局部化的时候。
　　需要说明的是，使用工厂方法模式创建对象并不意味着一定会让代码变得更短（实事上往往更长），并且可能需要设计更多的辅助类，但它的确可以灵活地、有弹性地创建尚未确定的对象，从而简化了客户端应用程序的逻辑结构，并提高了代码的可读性和可重用性。
　　
　　二、模式引入
　　工厂方法这一模式本身虽然并不复杂，但却是最重要的设计模式之一，无论是在COM、CORBA或是EJB中，都可以随处见到它的身影。面向对象的一个基本思想是在不同的对象间进行责权的合理分配，从本质上讲，工厂方法模式是一种用来创建对象的多态方法（polymorphic method），它在抽象父类中声明用来创建对象的方法接口，而具体子类则通过覆盖该方法将对象的创建过程局部化，包括是否实例化一个子类，以及是否对它进行初始化等等。从某种程度上说，工厂方法可以看成是构造函数的特殊化，其特殊性表现在能够用一致的方法来创建不同的对象，而不用担心当前正在对哪个类进行实例化，因为究竟创建哪个类的对象将取决于它的子类。
　　
　　假设我们打算开发一个用于个人信息管理（Personal Information Manager，PIM）的软件，它可以保存日常工作和生活中所需的各种信息，包括地址本、电话簿、约会提醒、日程安排等等。很显然，PIM用户界面（User Interface）的设计将是比较复杂的，因为必须为每种信息的输入、验证和修改都提供单独的界面，以便同用户进行交互。比较简单的做法是在PIM中为各种信息的处理编写相应的用户界面，但代价是将导致软件的可扩展性非常差，因为一旦今后要加入对其他信息（比如银行帐户）进行管理的功能时，就必须对PIM进行修改，添加相应的用户界面，从而最终导致PIM变得越来越复杂，结构庞大而难以维护。改进的办法是将处理各种信息的用户界面从PIM中分离出来，使PIM不再关心用户如何输入数据，如何对用户输入进行验证，以及用户如何修改信息等，所有的这些都交由一个专门的软件模块来完成，而PIM要做的只是提供一个对这些个人信息进行管理的总体框架。
　　
　　在具体实现时可以设计一个通用接口Editable，并且让所有处理特定个人信息（如通信地址和电话号码）的用户界面都继承于它，而PIM则通过Editable提供的方法getEditor()获得Editor的一个实例，并利用它来对用户输入进行统一的处理。例如，当用户完成输入之后，PIM可以调用Editor中的方法getContent()来获取用户输入的数据，或者调用resetUI()来清除用户输入的数据。在采用这一体系结构之后，如果要扩展PIM的功能，只需添加与之对应的Editable和Editor就可以了，而不用对PIM本身进行修改。
　　
　　现在离目标还有一步之遥，由于Editable和Editor都只是通用的接口，但PIM却需要对它们的子类进行实例化，此时自然应该想到运用工厂方法模式，为PIM定义一个EditableFactory接口来创建Editable的对象。这样一来，整个PIM的体系结构就将如图2所示。
　　 　
　　 图2
　　Editable接口定义了一个公共的构造性方法（builder method）getEditor()，它返回一个Editor对象，其完整的代码如清单1所示。任何一项个人信息都拥有自己独立的用户界面（Editor），负责获取数据并在需要的时候进行修改，而PIM唯一要做事情的只是通过Editable来获得Editor，并利用它来对用户输入的数据进行相应的操作。
　　
　　代码清单1：editable.py
　　class Editable:
　　　""" 个人信息用户界面的公共接口 """
　　
　　　# 获得个人信息编辑界面
　　　def getEditor(self):
　　pass
　　
　　Editor接口给出了处理所有个人信息的公共接口，其完整的代码如清单2所示。PIM通过调用getUI()方法能够获得与用户进行交互的UI组件，根据当前正在处理的个人信息的不同，这些组件可能简单到只是一个文本输入框，也可以复杂到是一个包含了多个图形控件（Widget）的对话框。利用Editor提供的getContent()、commitChanges()和resetUI()方法，PIM还可以获取、提交或者清空用户输入的个人信息。在引入Editor之后， PIM就能够从处理特定个人信息的用户界面中解脱出来，从而可以将注意力集中在如何对这些信息进行统一管理的问题上。
　　
　　代码清单2：editor.py
　　class Editor:
　　　""" 用户使用特定的Editor来编辑个人信息 """
　　
　　　# 获取代表用户界面（UI）的对象
　　　def getUI(self):
　　pass
　　　
　　　# 获取用户输入的数据
　　　def getContent(self):
　　pass
　　
　　　# 提交用户输入的数据
　　　def commitChanges(self):
　　pass
　　
　　　# 清空用户输入的数据
　　　def resetUI(self):
　　pass
　　
　　EditableAddress是Editable的一个具体实现，PIM使用它来处理个人地址信息，其完整的代码如清单3所示。
　　
　　代码清单3：editableaddress.py
　　from editor import Editor
　　from editable import Editable
　　import Tkinter
　　
　　class EditableAddress(Editable):
　　　""" 用于处理个人地址信息的Editable """
　　　
　　　# 构造函数
　　　def __init__(self, master):
　　self.master = master
　　self.name = ""
　　self.province = ""
　　self.city = ""
　　self.street = ""
　　self.zipcode = ""
　　self.editor = AddressEditor(self)
　　
　　　# 获取相关联的Editor
　　　def getEditor(self):
　　return self.editor
　　　
　　class AddressEditor(Editor, Tkinter.Frame):
　　　""" 用于处理个人地址信息的Editor """
　　　
　　　# 构造函数
　　　def __init__(self, owner):
　　Tkinter.Frame.__init__(self, owner.master)
　　self.owner = owner
　　self.name = Tkinter.StringVar()
　　self.province = Tkinter.StringVar()
　　self.city = Tkinter.StringVar()
　　self.street = Tkinter.StringVar()
　　self.zipcode = Tkinter.StringVar()
　　self.createWidgets()
　　
　　　# 构造用户界面
　　　def cre

原文转自：http://www.ltesting.net