Python語言中的工廠方法模式初探
2014-12-31 00:00:00林中鴻
電子世界 2014年20期
【摘要】Python是一種使用率比較高的，完全面向對象的動態(tài)語言。本文嘗試使用Python語言來實現(xiàn)工廠方法設計模式。
【關鍵詞】Python;設計模式;工廠方法
設計模式是一個抽象層次，描述了在一個特定的環(huán)境中用來解決一般設計問題的對象和類之間的交互關系，其主要目的是充分利用語言的特性，設計可復用的、能夠適應需求變更的軟件。Python是一種完全面向對象的動態(tài)語言，提供了與傳統(tǒng)面向對象語言截然不同的對象模型，影響了設計模式的實現(xiàn)和使用。Python中類也是對象，類和類的對象都有 可供操作的特殊屬性，在運行時還可以修改類的結構和定義，這些特性使Python具有強大的“內省”能力，利用這種能力程序員可以創(chuàng)建高級的、動態(tài)的和靈活的應用程序，可以更容易實現(xiàn)設計模式。
工廠方法（Factory Method）模式又稱為虛擬構造器（Virtual Constructor）模式或者多態(tài)工廠（Polymorphic Factory）模式。在工廠方法模式中，父類負責定義創(chuàng)建對象的公共接口，而子類則負責生成具體的對象，這樣做的目的是將類的實例化操作延遲到子類中完成，即由子類來決定究竟應該實體化哪一個類。
簡單說來，工廠方法模式的作用就是可以根據(jù)不同的條件生成各種類的實例，這些實例通常屬于多個相似的類型，并且具有共同的父類。工廠方法模式將這些實例的創(chuàng)建過程封裝了起來，從而簡化了客戶程序的編寫，并改善了軟件體系結構的可擴展性，使得將來能夠以最小的代價加入新的子類。
需要說明的是，使用工廠方法模式創(chuàng)建對象并不意味著一定會讓代碼變得更短（實事上往往更長），并且可能需要設計更多的輔助類，但它的確可以靈活地、有彈性地創(chuàng)建尚未確定的對象，從而簡化了客戶端應用程序的邏輯結構，并提高了代碼的可讀性和可重用性。
參考GoF的設計模式一書，對書中實現(xiàn)迷宮工廠的C++代碼用Python實現(xiàn)如下：
1.class MazeFactory：
2.def MakeMaze（self）：
3.return Maze（）
4.def MakeWall（self）：
5.return Wall（）
6.def MakeRoom（self， n）：
7.return Room（n）
8.def MakeDoor（self， r1， r2）：
9.return Door（r1， r2）
上述代碼定義了一個可以創(chuàng)建Maze、Wall、Room和Door的MazeFactory接口，接下來創(chuàng)建一個魔法迷宮工廠 EnchantedFactory，EnchantedFactory繼承于MazeFactory，并通過MakeRoom和MakeDoor接口創(chuàng)建了具有富有個性的EnchantedRoom和EnchantedDoor。 \u2028
1.class EnchantedFactory（MazeFactory）：
2.def MakeRoom（self， n）：
3.return EnchantedRoom（n）
4.def MakeDoor（self， r1， r2）：
5.return EnchantedDoor（r1， r2）
這段代碼只是對C++代碼的簡單翻譯，沒有運用Python的語言特色。從上述的代碼中可以看出，抽象工廠難以向MazeFactory中添加新的產(chǎn)品，假如迷宮中還需要創(chuàng)建陷阱（Trap），就必須在MazeFactory接口中增加MakeTrap方法，這樣就造成了MazeFactory接口的不穩(wěn)定，繼承 MazeFactory的所有子類的接口也隨著基類的接口改變而改變。
工廠方法（Factory Method）解決了通過引入一個的Make操作將創(chuàng)建所有產(chǎn)品類型的操作統(tǒng)一化，Make操作中有一個參數(shù)可以唯一標識創(chuàng)建對象的類型。然而，用C++語言實現(xiàn)的工廠方法仍然存在局限性，這種局限性不利于構建可復用的軟件。因為創(chuàng)建所有的產(chǎn)品類型都是通過Make接口的，為了保持Make接口的返回值對 所有產(chǎn)品的兼容性，就不得不迫使所有產(chǎn)品類型必須繼承于一個公共的基類，然后Make接口返回該基類，這樣保證了Make返回的類型都可以轉換成特定的產(chǎn)品類型。但是，同一系列不同類型的產(chǎn)品在邏輯上可能不存在明確的公共基類，比如MazeFactory中的Maze和Wall，而且，使用公共基類導致了大量的向下強制轉換，這種轉換往往是不安全的，有時還不可行。Pyhon語言的動態(tài)類型特性為解決該問題提供良好的方案，Python允許一個變量在運行時綁定到不同類型的對象上，所以不必要求不同類型的產(chǎn)品具有公共基類，Make接口不必聲明其返回類型，調用時具體的返回值類型在運行時交給解釋器去完成。Python實現(xiàn)工廠方法的代碼如下：
1.class Maze：…
2.class Wall：…
3.…
4.class MazeFactory（object）：
5.def make（self， typename， *args）：
6.if typename == 'maze'： return Maze（）
7.elif typename == 'wall'： return Wall（）
8.elif typename == 'room'：
9.return Room（args[0]）
10.elif typename == 'door'： ]
11.return Door（args[0]， args[1]）
self是MazeFactory實例對象的引用參數(shù)，typename標識創(chuàng)建對象的類型，*args是創(chuàng)建具體對象時所需的參數(shù)列表。魔法迷宮的代碼：
1.class EnchantedFactory（MazeFactory）：
2.def make（self， typename， *args）：
3.if typename == 'room'： return EnchantedRoom（args[0] ）
4.elif typename == 'door'： return EnchantedDoor（args[0]，args[1]）
5.else： return super（EnchantedFactory， self）.make（typename， args）
make方法中的return super（EnchantedFactory， self）.make（typename， args）表示調用父類的操作創(chuàng)建其它類型的對象。
那么創(chuàng)建一個具體的EnchantedFactory實例的代碼：
1.mf = EnchantedFactory（）
2.mz = mf.make（'maze'）
3.r1 = mf.make（'room'， 1）
4.r2 = mf.make（'room'， 2）
5.dr = mf.make（'door'， r1， r2）
當需要在MazeFactory添加一個Trap新類型時，只需要在Make方法中添加標示新類型的參數(shù)即可：
elif typename == “trap”： return Trap（）
這種做法不但保持了MazeFactory對外接口的穩(wěn)定性，而且不需要類型的向下轉換。
參考文獻
[1]程杰著.大話設計模式[M].清華大學出版社，2007，12.
[2]Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，John Vissides著，李英軍，馬曉星，蔡敏，劉建中等譯.設計模式：可利用面向對象軟件的基礎[M].機械工業(yè)出版社，2010，7.
作者簡介：林中鴻（1975—），寧夏中衛(wèi)人，講師，研究方向：計算機網(wǎng)絡、程序設計。
