工厂函数详解：概念、目的与作用

一、什么是工厂函数？

工厂函数（Factory Function）是一种设计模式，其核心是通过一个函数来 创建并返回对象，而不是直接使用 new 或构造函数实例化对象。它封装了对象的创建过程，使代码更灵活、可维护。

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二、工厂函数的目的与作用

目的	作用
解耦对象创建逻辑	将对象的创建与使用分离，调用者无需关心对象的具体实现细节。
延迟实例化	仅在需要时创建对象，避免资源浪费（如内存、CPU）。
支持动态参数	根据输入参数返回不同类型的对象（多态性）。
统一接口	提供标准化的对象创建方式，便于扩展和维护。

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三、工厂函数示例

1. 简单工厂：形状创建

假设需要根据用户输入创建不同形状（圆形、矩形），直接实例化会导致代码冗余和耦合：

# 无工厂函数的问题
if shape_type == 'circle':
    obj = Circle(radius=5)
elif shape_type == 'rectangle':
    obj = Rectangle(width=3, height=4)

使用工厂函数优化后：

# 定义形状类
class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

class Rectangle:
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

# 工厂函数
def shape_factory(shape_type, **kwargs):
    if shape_type == 'circle':
        return Circle(**kwargs)
    elif shape_type == 'rectangle':
        return Rectangle(**kwargs)
    else:
        raise ValueError("Unknown shape type")

# 调用
circle = shape_factory('circle', radius=5)
rectangle = shape_factory('rectangle', width=3, height=4)

2. Mininet 中的工厂函数

在 Mininet 自定义拓扑中，lambda: MyTopo() 是一个工厂函数：

# 工厂函数：延迟创建 MyTopo 实例
topos = {'mytopo': (lambda: MyTopo())}

当 Mininet 需要构建拓扑时，会调用 topos['mytopo']() 执行 Lambda 函数，动态生成 MyTopo 实例。

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四、工厂函数的优势

1. 避免紧耦合

• 直接实例化：调用方需知道具体类的构造函数。
• 工厂函数：调用方只需传递参数，无需了解类细节。

2. 灵活扩展

新增对象类型时，只需修改工厂函数，无需修改调用代码。

# 扩展支持三角形
class Triangle:
    def __init__(self, base, height):
        self.base = base
        self.height = height

def shape_factory(shape_type, **kwargs):
    # 原有逻辑...
    elif shape_type == 'triangle':
        return Triangle(**kwargs)

3. 资源管理

延迟实例化可节省内存和计算资源，尤其是在对象创建成本高时（如数据库连接）。

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五、工厂函数 vs 直接实例化

场景	直接实例化	工厂函数
简单对象创建	适合（如 obj = MyClass()）	过渡设计
复杂/条件化创建	代码冗余，难以维护	统一管理，逻辑清晰
需要延迟加载	无法实现	天然支持
多态性需求	需手动判断类型	封装在工厂中，对调用方透明

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六、工厂模式的其他形式

1. 工厂方法模式
   每个子类实现自己的工厂方法（面向对象设计中的经典模式）。

2. 抽象工厂模式
   创建一组相关或依赖对象的接口（如 GUI 库中的跨平台组件）。

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七、总结

• 核心思想：工厂函数通过封装对象创建逻辑，提升代码的灵活性和可维护性。
• 在 Mininet 中的应用：lambda: MyTopo() 作为工厂函数，确保 Mininet 在运行时动态创建拓扑实例。
• 适用场景：对象创建逻辑复杂、需要延迟加载或支持多态性时优先使用。

通过合理使用工厂函数，可以显著提高代码的模块化程度，降低系统各部分之间的依赖。