iOS设计模式-工厂方法与抽象工厂

1. 什么是工厂模式

工厂模式（Factory pattern）在设计模式中属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象

2. 工厂模式分类

工厂模式一般可以分为三类：

  • 简单工厂模式(Simple Factory Pattern)
  • 工厂方法模式(Factory Method Pattern)
  • 抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)

接下来我们分别对这三个模式进行说明。

2.1 简单工厂模式

简单工厂模式又称作静态工厂方法模式，简单工厂模式专门定义一个工厂类来负责创建其他类的实例，且被创建的实例通常都具有共同的父类。它虽然不属于设计模式中的一种，但是在应用中依然很常见。

2.1.1 主要角色与关系

主要由三个角色组成：

  • 工厂类（Factory）：简单工厂模式的核心，它负责实现创建所有实例的内部逻辑。工厂类的创建产品类的方法可以被外界直接调用，创建所需的产品对象。
  • 抽象产品类（AbstractProduct）：简单工厂模式所创建的所有对象的父类，它负责描述所有实例所共有的公共接口。

  • 具体产品类（Product）：是简单工厂模式的创建实体类。


    图片.png
2.1.2 代码实现

我们以生产电脑为例，假设有一个代工厂，它既可以生产苹果电脑，也可以生产小米电脑，这时候如果需要生产其中任意一种电脑，就直接找代工厂就行了。

  1. 创建一个产品抽象类Computer，定义好基础方法

// Computer.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Computer : NSObject
- (NSString *)productName;
@end


// Computer.m

#import "Computer.h"

@implementation Computer
- (NSString *)productName {
    NSAssert(false, @"must implement in subClass");
    return nil;
}
@end
  1. 创建产品具体类
    2.1 mac电脑类

// Mac.h
#import "Computer.h"

@interface Mac : Computer

@end


// Mac.m

#import "Mac.h"

@implementation Mac

- (NSString *)productName {
    return @"Mac";
}

@end

2.2 创建小米电脑类


// XiaoMi.h

#import "Computer.h"

@interface XiaoMi : Computer

@end


// XiaoMi.m

#import "XiaoMi.h"

@implementation XiaoMi

- (NSString *)productName {
    return @"XiaoMi";
}

@end
  1. 产品都已经定义好了，接下来我们需要定义一个工厂类，装门从事生产这些商品

// ComputerSimpleFactory.h
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Mac.h"
#import "XiaoMi.h"

@interface ComputerSimpleFactory : NSObject

+ (Computer *)createComputerWithType:(NSInteger)type;

@end


// ComputerSimpleFactory.m

#import "ComputerSimpleFactory.h"

@implementation ComputerSimpleFactory

+ (Computer *)createComputerWithType:(NSInteger)type {
    switch (type) {
        case 1: {
            //do something for create
            Mac *computer = [[Mac alloc] init];
            return computer;
        }
            break;
        case 2: {
            //do something for create
            XiaoMi *computer = [[XiaoMi alloc] init];
            return computer;
        }
        default:
            break;
    }
    return nil;
}

@end
  1. 调用测试
+ (void)test1 {
    Computer *macComputer = [ComputerSimpleFactory createComputerWithType:1];
    NSLog(@"computer name = %@", macComputer.productName);
    Computer *xmComputer = [ComputerSimpleFactory createComputerWithType:2];
    NSLog(@"computer name = %@", xmComputer.productName);
}
2.1.3 分析
  • 可以看出通过工厂类对产品创建进行了封装，使调用者不需要知道创建的具体逻辑，只需要调用工厂方法，即可得到相应的实例。一旦产品创建逻辑需要修改，也只需要修改工厂类即可，不必全局修改创建逻辑。
  • 系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂类创建方法逻辑，破坏了“开闭原则”。在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。
2.1.4 适用范围
  • 适用于一些创建实例逻辑较为复杂，创建类型固定且被创建的类一般属于同一父类的情况。

2.2 工厂方法模式

工厂方法模式，又称工厂模式、多态工厂模式和虚拟构造器模式。

Define an interface for creating an object,but let subclasses decide which class toinstantiate.Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。同时改进了简单工厂模式中不易拓展的问题。

2.2.1 主要角色与关系

主要角色组成：

  • 抽象工厂（AbstractFactory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
  • 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
  • 抽象产品（AbstractProduct）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。

  • 具体产品（Product）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。


    图片.png
2.2.2 代码实现

我们依然以生产电脑为例，为了保持生产质量，一个工厂我们只让他负责生产一种电脑，苹果电脑生产就交给苹果电脑工厂，小米电脑生产就交给小米电脑工厂。

  1. 创建和定义抽象产品Computer和具体产品Mac、XiaoMi。这里产品类和前面一致，不再重复阐述。
  2. 定义工厂抽象类ComputerMethodFactory

// ComputerMethodFactory.h

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Computer.h"

@interface ComputerMethodFactory : NSObject
+ (Computer *)createComputer;
@end


// ComputerMethodFactory.m

#import "ComputerMethodFactory.h"

@implementation ComputerMethodFactory

+ (Computer *)createComputer {
    NSAssert(false, @"must implement ins subClass");
    return nil;
}

@end
  1. 定义具体工厂类
    定义苹果电脑工厂类 MacComputerFactory
    定义小米电脑工厂类 XiaoMiComputerFactory
// MacComputerFactory.h

#import "ComputerMethodFactory.h"

@interface MacComputerFactory : ComputerMethodFactory

@end


// MacComputerFactory.h

#import "MacComputerFactory.h"
#import "Mac.h"

@implementation MacComputerFactory

+ (Computer *)createComputer {
    //do something for create
    Mac *macComputer = [[Mac alloc] init];
    return macComputer;
}

@end

// XiaoMiComputerFactory.h

#import "ComputerMethodFactory.h"

@interface XiaoMiComputerFactory : ComputerMethodFactory

@end


// XiaoMiComputerFactory.m

#import "XiaoMiComputerFactory.h"
#import "XiaoMi.h"

@implementation XiaoMiComputerFactory

+ (Computer *)createComputer {
    //do something for create
    XiaoMi *xmComputer = [[XiaoMi alloc] init];
    return xmComputer;
}

@end
  1. 接下来进行简单的调用测试
//工厂方法模式测试
+ (void)test2 {
    Computer *macComputer = [MacComputerFactory createComputer];
    NSLog(@"computer name = %@", macComputer.productName);
    Computer *xmComputer = [XiaoMiComputerFactory createComputer];
    NSLog(@"computer name = %@", xmComputer.productName);
}
2.2.3 分析
  • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
  • 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；
  • 高层模块值需要知道产品的抽象类，其他的实现类都不用关心，符合迪米特法则，我不需要的就不要去交流；也符合依赖倒置原则，只依赖产品类的抽象；当然也符合里氏替换原则.
  • 每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度
2.2.4 适用范围
  • 工厂方法模式在所有需要生成对象的地方都可以使用，但是需要慎重地考虑是否要增加一个工厂类进行管理，增加代码的复杂度。
  • 需要灵活的、可扩展的框架时，可以考虑采用工厂方法模式，如：产品种类未来仍然可能保持新增的情况

2.3 抽象工厂模式

抽象工厂模式

Provide an interface for creating families of related or dependent objects withoutspecifying their concrete classes

为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品，可以生产一个产品族的产品。

2.3.1 主要角色与关系

主要由以下角色组成：

  • 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法 newProduct()，可以创建多个不同等级的产品。
  • 具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
  • 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。

  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。


    图片.png
2.3.2 代码实现

我们以前面工厂方法的例子的基础上进行举例说明。现在我们希望工厂在原来生产电脑的基础上，同时支持生产手机。这个时候我们就需要首先先取得生产许可（在抽象工厂类上赋予生产电脑和手机的能力），然后在具体工厂类进行生产，苹果工厂类负责生产苹果手机和苹果电脑，小米工厂则负责生产小米手机和小米电脑。

  1. 创建和定义抽象产品Computer和具体产品Mac、XiaoMi。这里产品类和前面一致，不再重复阐述。
  2. 创建和定义新的抽象产品Phone和具体产品类iPhone 和XiaoMiPhone

// Phone.h
#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Phone : NSObject

- (NSString *)productName;

@end


// phone.m
#import "Phone.h"

@implementation Phone

- (NSString *)productName {
    NSAssert(false, @"must implement in subClass");
    return nil;
}
@end


// iPhone.m
#import "Phone.h"

@interface iPhone : Phone

@end


// iPhone.m
#import "iPhone.h"

@implementation iPhone

- (NSString *)productName {
    return @"iphone";
}

@end

// XiaoMiPhone.h
#import "Phone.h"

@interface XiaoMiPhone : Phone

@end


// XiaoMiPhone.m
#import "XiaoMiPhone.h"

@implementation XiaoMiPhone
- (NSString *)productName {
    return @"XiaoMiPhone";
}
@end
  1. 创建和定义抽象工厂类 ElectronAbstractFactory，定义生产手机和电脑功能
// ElectronAbstractFactory
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "Phone.h"
#import "Computer.h"

@protocol ElectronAbstractFactoryInterface <NSObject>
@required
+ (Phone *)createPhone;
+ (Computer *)createComputer;
@end

@interface ElectronAbstractFactory : NSObject<ElectronAbstractFactoryInterface>

@end


// ElectronAbstractFactory.m
#import "ElectronAbstractFactory.h"

@implementation ElectronAbstractFactory

+ (Phone *)createPhone {
    NSAssert(false, @"must implement in subClass");
    return nil;
}

+ (Computer *)createComputer {
    NSAssert(false, @"must implement in subClass");
    return nil;
}

@end
  1. 定义具体工厂类AppleElectronFactory和XiaoMiElectronFactory
// AppleElectronFactory.h
#import "ElectronAbstractFactory.h"

@interface AppleElectronFactory : ElectronAbstractFactory

@end


// AppleElectronFactory.m
#import "AppleElectronFactory.h"
#import "iPhone.h"
#import "Mac.h"

@implementation AppleElectronFactory

+ (Computer *)createComputer {
    //do something for create
    Mac *mac = [[Mac alloc] init];
    return mac;
}

+ (Phone *)createPhone {
     //do something for create
    iPhone *iphone = [[iPhone alloc] init];
    return iphone;
}

@end

// XiaoMiElectronFactory.h
#import "ElectronAbstractFactory.h"

@interface XiaoMiElectronFactory : ElectronAbstractFactory

@end


// XiaoMiElectronFactory.m
#import "XiaoMiElectronFactory.h"
#import "XiaoMiPhone.h"
#import "XiaoMi.h"

@implementation XiaoMiElectronFactory

+ (Computer *)createComputer {
    //do something for create
    XiaoMi *mac = [[XiaoMi alloc] init];
    return mac;
}

+ (Phone *)createPhone {
     //do something for create
    XiaoMiPhone *iphone = [[XiaoMiPhone alloc] init];
    return iphone;
}

@end
  1. 进行调用测试对应代码
+ (void)test3 {
    Computer *macComputer = [AppleElectronFactory createComputer];
    NSLog(@"computer name = %@", macComputer.productName);
    Phone *iphone = [AppleElectronFactory createPhone];
    NSLog(@"computer name = %@", [iphone productName]);
    Computer *xmComputer = [XiaoMiComputerFactory createComputer];
    NSLog(@"computer name = %@", xmComputer.productName);
    Phone *xiaomiPhone = [XiaoMiElectronFactory createPhone];
    NSLog(@"computer name = %@", [xiaomiPhone productName]);
}
2.3.3 分析
  • 抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理，而不必专门引入多个新的类来进行管理
  • 当增加一个新的产品族时不需要修改原代码，满足开闭原则
  • 但是当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改又与开闭原则相悖
2.3.4 适用范围
  • 当要被创建的对象是一系列具有相互关联、相互依赖的产品类时
  • 系统中有多个产品族，但是每次只会适用其中一个产品族的产品
  • 涉及不同运行环境的时候，都可以考虑使用抽象工厂模式。例如一个应用，需要在三个不同平台（Windows、Linux、Android 通过抽象工厂模式屏蔽掉操作系统对应用的影响。三个不同操作系统上的软件功能、应用逻辑、UI都应该是非常类似的，唯一不同的是调用不同的工厂方法，由不同的产品类去处理与操作系统交互的信息
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