工厂模式和抽象工厂模式

1. 介绍

工厂模式和抽象工厂模式是面向对象设计中常用的两种设计模式，旨在解耦对象的创建过程和使用过程，从而增强系统的灵活性和可维护性。

工厂模式

工厂模式是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。工厂模式将对象的实例化推迟到子类，从而提高了系统的灵活性。

应用场景：

需要大量创建对象的情况：当对象的创建过程复杂，或需要创建的对象可能发生变化时，使用工厂模式可以集中管理对象的创建。
类不知道需要的对象具体类：例如，某个操作系统的接口，但不确定具体实现的操作系统类型。
通过子类实例化满足需求：当类希望通过子类来决定具体对象的创建，以避免直接依赖具体实现类。

优点：

降低耦合度：客户端代码不需要知道创建对象的具体类，只需了解工厂方法。
增强灵活性：可以通过更改子类的实现方便地扩展系统。
集中控制对象的创建过程：统一管理对象的创建逻辑，易于维护和扩展。

缺点：

增加系统复杂度：需要创建多个工厂类，可能引入多个接口。

抽象工厂模式

抽象工厂模式也是一种创建型设计模式，它提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而不需要指定具体类。通过定义一个抽象工厂接口，允许子类实现该接口以生成相关对象。

应用场景：

需要创建一系列相关联的对象：例如创建一套用户界面的控件（按钮、对话框、文本框等）。
系统需要独立于对象的创建和组合过程：通过一组共同的接口来管理对象，与对象的具体实现解耦。
支持多种系列的对象创建：如支持不同风格的用户界面（Windows风格、Mac风格）时，抽象工厂模式能够有效管理这些不同系列的对象。

优点：

可以创建一系列相关的对象：通过统一接口创建一组相关对象，确保一致性和兼容性。
解耦具体产品实现：客户端代码不依赖于具体产品的实现，仅依赖于抽象接口。
增加系统扩展性：可以轻松增加新产品系列而无需修改现有代码。

缺点：

引入更多抽象层次：增加了系统的复杂度，需要处理更多的工厂类和接口。
产品族变化可能需更改代码：当产品族变化较大时，可能需要修改工厂实现代码。

总结比较

工厂模式侧重于提供创建单一产品对象的接口，主要用于解决具体对象的创建问题。
抽象工厂模式则更为全面，解决创建一系列相关产品对象的问题，适合需要多个对象协调工作的场景。

2. 代码案例

from abc import ABC, abstractmethod


# =================== 工厂模式（Factory Method Pattern） ===================
# Vehicle 是抽象基类，定义了车辆的 drive 方法。
class Vehicle(ABC):
    @abstractmethod
    def drive(self):
        pass


# 具体车辆实现：轿车
class Sedan(Vehicle):
    def drive(self):
        print("驾驶轿车")


# 具体车辆实现：SUV
class SUV(Vehicle):
    def drive(self):
        print("驾驶SUV")


# 车辆工厂接口，声明工厂方法
class VehicleFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        pass


# 具体工厂A，生产轿车
class SedanFactory(VehicleFactory):
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        return Sedan()


# 具体工厂B，生产SUV
class SUVFactory(VehicleFactory):
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        return SUV()


# =================== 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern） ===================
# Computer 是抽象基类，定义了计算机的 assemble 方法。
class Computer(ABC):
    @abstractmethod
    def assemble(self):
        pass


# 办公计算机的具体实现：办公台式机
class OfficeDesktop(Computer):
    def assemble(self):
        print("组装办公台式机")


# 办公计算机的具体实现：办公笔记本
class OfficeLaptop(Computer):
    def assemble(self):
        print("组装办公笔记本")


# 游戏计算机的具体实现：游戏台式机
class GamingDesktop(Computer):
    def assemble(self):
        print("组装游戏台式机")


# 游戏计算机的具体实现：游戏笔记本
class GamingLaptop(Computer):
    def assemble(self):
        print("组装游戏笔记本")


# 抽象工厂接口，定义创建计算机的方法
class ComputerFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_desktop(self) -> Computer:
        pass

    @abstractmethod
    def create_laptop(self) -> Computer:
        pass

    @abstractmethod
    def assemble_computers(self):
        pass


# 办公计算机工厂，生产办公计算机系列
class OfficeComputerFactory(ComputerFactory):
    def __init__(self):
        self.desktop = None
        self.laptop = None

    def create_desktop(self) -> Computer:
        self.desktop = OfficeDesktop()
        return self.desktop

    def create_laptop(self) -> Computer:
        self.laptop = OfficeLaptop()
        return self.laptop

    def assemble_computers(self):
        if self.desktop and self.laptop:
            print("组装办公计算机系列：")
            self.desktop.assemble()
            self.laptop.assemble()
        else:
            print("请先创建所有计算机。")


# 游戏计算机工厂，生产游戏计算机系列
class GamingComputerFactory(ComputerFactory):
    def __init__(self):
        self.desktop = None
        self.laptop = None

    def create_desktop(self) -> Computer:
        self.desktop = GamingDesktop()
        return self.desktop

    def create_laptop(self) -> Computer:
        self.laptop = GamingLaptop()
        return self.laptop

    def assemble_computers(self):
        if self.desktop and self.laptop:
            print("组装游戏计算机系列：")
            self.desktop.assemble()
            self.laptop.assemble()
        else:
            print("请先创建所有计算机。")


# 演示工厂模式和抽象工厂模式的使用
def main():
    # 工厂模式示例
    sedan_factory = SedanFactory()
    sedan = sedan_factory.create_vehicle()
    sedan.drive()  # 输出: 驾驶轿车

    suv_factory = SUVFactory()
    suv = suv_factory.create_vehicle()
    suv.drive()  # 输出: 驾驶SUV

    # 抽象工厂模式示例
    # 办公计算机系列示例
    office_factory = OfficeComputerFactory()
    office_factory.create_desktop()  # 创建办公台式机
    office_factory.create_laptop()  # 创建办公笔记本
    office_factory.assemble_computers()  # 输出: 组装办公计算机系列：组装办公台式机，组装办公笔记本

    # 游戏计算机系列示例
    gaming_factory = GamingComputerFactory()
    gaming_factory.create_desktop()  # 创建游戏台式机
    gaming_factory.create_laptop()  # 创建游戏笔记本
    gaming_factory.assemble_computers()  # 输出: 组装游戏计算机系列：组装游戏台式机，组装游戏笔记本


if __name__ == "__main__":
    main()

代码详细介绍

工厂模式
- Vehicle：定义了车辆的抽象接口，包含一个抽象方法 drive，每种具体车辆都需要实现该方法。
- Sedan 和 SUV：这两个类分别实现了 Vehicle 接口，定义了各自的 drive 方法，输出不同的驾驶信息。
- VehicleFactory：定义了一个工厂接口，声明了 create_vehicle 方法，所有具体工厂都需要实现这个方法。
- SedanFactory 和 SUVFactory：分别实现了 VehicleFactory 接口，用于创建 Sedan 和 SUV 实例。
抽象工厂模式
- Computer：定义了计算机的抽象接口，包含一个抽象方法 assemble，具体计算机类需要实现此方法。
- OfficeDesktop 和 OfficeLaptop：实现了 Computer 接口，分别用于组装办公台式机和笔记本。
- GamingDesktop 和 GamingLaptop：实现了 Computer 接口，分别用于组装游戏台式机和笔记本。
- ComputerFactory：抽象工厂接口，定义了创建台式机和笔记本的方法，以及协调工作的 assemble_computers 方法。
- **Office