再议工厂模式（Abstract Factory）和DIP的关系

大多数人说的工厂模式，应该是指GOF设计模式里面的Abstract Factory模式。

这是一种很常见又很有用的模式。它和DIP原则又有什么关系呢？

DIP原则

DIP: Dependency inversion principle。

DIP也就是依赖倒置原则，讲的是上层模块应该依赖于接口，具体类应该依赖于抽象接口（也就是被迫实现抽象接口）。因为抽象接口更接近于它的使用者（上层模块），所以看上去就像具体类依赖于上层模块一样，这才称之为依赖倒置。

如果严格按照DIP来讲，任何一条new语句就违反了DIP。比如：

class Pic
{
public:
     virtual void draw() = 0;
};

class Png : public Pic
{
public:
     virtual void draw()
     {
            printf("draw png\n");
     }
}

void main()
{
     Png* p = new Png();
     p->draw();
}

看上面的代码，main()函数作为Pic类库的使用者，new Png()本身就已经违反了DIP,这是不是很搞笑，这种代码很常见啊。但它实实在在违反了DIP。我们在客户代码里面看到了Png类，Png类是一个具体类，那就说明客户依赖于具体类了。那还不就是违反了DIP?严格来说，确实违反了。但是不一定有多大坏处。这个要看Png具体类发生变化的可能性有多大？如果Png类基本不会变，那违反就违反，没有什么关系。就好象我们使用stl里面的类一样，那些类几乎不会变，那客户代码直接依赖于它们，又有何不可。但是如果Png类发生变化的可能性很大，这个时候依赖于具体类就不是很好了。

上面的代码，如果改成：

void main()
{
     Pic* p = new Png();
     p->draw();
}

那么情况就会好很多，因为只有new依赖于具体类，new返回的指针保存在Pic* p里面，所有其他地方都将使用Pic*, 这就是说除了new本身，其他地方都是依赖于接口。但是new本身确实还是违法了DIP。我们可以画个图：

我们可以看到上面的图里面，main()作为一个客户，它强依赖（或者关联）于Pic接口，然后又有个Png的依赖关系（虚线）。确实，main()有很多地方需要调用Pic* p,所以是关联。在new Pic()，就是一个弱依赖关系。其实上面的这个设计在大多数情况下都是可行的，没什么问题，也很常见。

那么如果当Png变化的可能性很大的时候，比如Png的构造函数经常变，或者创建其他Pic子类的可能性很大，甚至Png的类名会变化。这个时候，上面的图就有点问题了。毕竟main弱依赖于具体类了。

这个时候，我们就可以考虑工厂模式了。（GOF叫做Abstract Factory）。

简单工厂模式（Abstract Factory）

我们可以考虑把上面的图演化成：

我们断开了main()和Png的依赖，取而代之的是引入一个工厂类PicFactory。main()关联了PicFactory，而PicFactory依赖于Png。代码大致如下：

class PicFactory
{
public:
      Pic* makePng()
      {
              return new Png()
      }
};

void main()
{
       PicFactory f;
       Pic* p = f.makePng();
} 

这就是一个简单工厂。这么做有什么好处呢？因为Png类很易变，所以我们把它放到了工厂类中。客户main()只需要使用工厂类来创建Pic对象。肯定有人会问，刚才我们是依赖于Png类，现在依赖于PicFactory类，这有什么分别呢？关键就在于：Png类或者Pic的其他子类易变，而工厂类比较稳定，依赖于一个比较稳定的类总比依赖于易变的类来的好。

比如我们现在需要增加一个新的Pic子类，叫做Gif，我们要做的就是：

class Gif : public Pic
{
public:
     virtual void draw()
     {
        printf("Gif::draw\n");
     }
};

class PicFactory
{
public:
         Pic* makePng()
         {
                return new Png();
         }
         Pic* makeGif()
         {
                return new Gif();
         }
}

void main()
{
          PicFactory f;
          Pic* gif = f.makeGif()
          gif->draw();
}

1. 新增一个Gif类

2. 在PicFactory里面增加一个函数makeGif()

3. 客户main那里就可以通过工厂来创建Gif对象了。

这么做有个问题，就是每次增加一个新的Pic子类，工厂都得相应增加一个函数，这也不是很舒服。

可以稍微变通一下，把工厂类改成：

typedef enum PicType{Png = 0, Gif};
class PicFactory
{
public:
    Pic* makePic(PicType t)
    {
           Pic* p = nullptr;
           switch(t)
           {
                case Png:
                     p = new Png();
                     break;
                case Gif:
                     p = new Gif();
                     break;
           }
           return p;
    }
}

这样的话，我们每次增加新的Pic子类，不需要增加新的工厂函数了，只需要修改一下makePic函数就行了。比原来的好一些。

工厂模式的另外一个好处就是：工厂本身也可以替换。

工厂模式（可替换）

考虑这么一个问题，Png有另外一种实现，这个Png支持在Edit Control里面画出来，比如在qq的编辑框里面画，我们叫做PngEx。这个时候有两种办法来修改工厂类：

1. 在makePic里面增加一个新的case，然后返回PngEx对象

2. 创建一个新的工厂类。

具体使用哪个，应该看具体情况。如果我们现在的需求是：更换一组对象的创建。那么可能#2会比较好。通常我们的一个工厂创建的是一组相关的产品，如果需要创建另外一组产品，那么就创建另外一个工厂。比如我们一个工厂创建一组Pic对象，它们只支持GDI绘画，另外一个工厂支持DIRECT X绘画。

要达到这种效果，我们首先需要改造工厂类，我们需要给工厂类弄一个抽象接口，实际上这就是Abstract Server模式。

看：

OK, 现在main()就依赖于工厂抽象类了，这就更加灵活了。当我们想使用另外一组产品的时候，换个工厂就行了。比如：

void main()
{
       PicFactory* f = new GDIFactory();
  //     PicFactory* f = new DXFactory();
       f->makePic();
}

直接更换工厂就可以创建另外一组产品。细心的同学一定会发现，这个new岂不是又违反了DIP？肯定是啊。是不是很晕？确实，很多时候设计领域总是会出现一些另外很纠结的事情。OK,之前也已经讲到过，如果严格遵守DIP的话，任何一行new代码都违反了DIP。关键是要看这个违反有没有关系。如果目标对象比较稳定，那么违反也不要紧。比如这里的Factory，除了它有可能增加新的派生工厂外，其他几乎不会变。所以这个地方的违反是不要紧的。我们之所以引入工厂，是因为Pic类很易变，工厂本身比较稳定，这个时候工厂模式就可以发挥作用了。

至于什么时候引入工厂模式，要看具体情况而定。一个比较简单的准则是：当你所要创建的产品（pic类）比较易变时，就该考虑了。

当然工厂模式也有一定的坏处：首先它要创建工厂类，这是一个主要开销。工厂模式的好处就是：可以解开客户和产品具体类的耦合，实现DIP原则。

实际上更加一般的情况是：一个工厂可以创建一系列产品，而这些产品并不是继承于同一个接口。更加一般的情况应该如下图：

迭代演变

工厂模式是一个很有效的模式，很多地方都可以看到。但是我们也不能一上来就使用，那就是滥用。因为工厂模式本身就会带来一些问题，最起码的引入了新的工厂类，这就是一个开销。没有最好的设计，只有合适的设计。当我们在某些场景需要考虑DIP原则的时候，工厂模式往往是很有效的。当然还有Abstract Server模式。他俩往往也是混合在一起的。通常我们在设计系统的时候应该是一个逐步迭代的过程，总是从最简单的设计慢慢一步步演变而来。驱动这种演变的往往是需求变动。当需求变动比较频繁的时候，我们才往复杂的结构演变。这个例子里面的迭代演变看起来就像是：