工廠模式（Factory Pattern）是一種常見的軟體設計模式，用於優化對象的創建過程。事實上，當需要動態創建複雜對象時，尤其是當這些對象具有共同的特徵時，Factory Pattern可能是最佳選擇。
Factory Pattern的基本思想是將對象的創建過程（與使用者隔離的異步），這樣能夠使得向應用程序添加新類的過程更加簡單。透過使用工廠模式，用戶端端不需要關注如何創建對象，而只需要專注於使用對象。
舉個例子，假設我們正在開發一個遊戲，該遊戲中有許多不同的敵方角色，包括僵屍、魔鬼和巨魔等。每個敵人都有自己獨特的特徵，例如血量、攻擊力和速度等。我們可以使用工廠模式來創建這些角色，從而避免大量的重複代碼。
首先，我們可以定義一個名為Enemy的抽象基類，該基類包含敵方角色具有的共同屬性和方法。然後，我們定義敵方角色的具體子類（如Zombie，Devil和Troll），並重寫其父類的屬性和方法以滿足其獨特的特徵。最後，我們實現一個EnemyFactory類，該類用於創建特定類型的敵人，例如：
class Enemy:
"""
敵方角色基類
"""
def __init__(self, name):
self.name = name
self.health = None
self.attack_power = None
self.speed = None
def attack(self):
pass
class Zombie(Enemy):
"""
僵屍類型
"""
def __init__(self):
super().__init__("Zombie")
self.health = 100
self.attack_power = 10
self.speed = 5
def attack(self):
print("The Zombie attacks!")
class Devil(Enemy):
"""
魔鬼類型
"""
def __init__(self):
super().__init__("Devil")
self.health = 150
self.attack_power = 15
self.speed = 8
def attack(self):
print("The Devil attacks!")
class Troll(Enemy):
"""
巨魔類型
"""
def __init__(self):
super().__init__("Troll")
self.health = 250
self.attack_power = 25
self.speed = 3
def attack(self):
print("The Troll attacks!")
class EnemyFactory:
"""
敵方角色工廠類
"""
def create_enemy(enemy_type):
if enemy_type == 'Zombie':
return Zombie()
elif enemy_type == 'Devil':
return Devil()
elif enemy_type == 'Troll':
return Troll()
else:
raise ValueError("Invalid enemy type")
通過上述設計，我們可以創建出不同的敵方角色，具體如下：
zombie = EnemyFactory.create_enemy('Zombie')
devil = EnemyFactory.create_enemy('Devil')
troll = EnemyFactory.create_enemy('Troll')
zombie.attack() # output: The Zombie attacks!
devil.attack() # output: The Devil attacks!
troll.attack() # output: The Troll attacks!
當需要添加一個新敵方角色時，我們只需要創建一個新的敵方角色子類並實現其相關屬性和方法，然後在EnemyFactory中添加創建新角色的代碼即可。這樣做可以大大簡化對象的創建過程，並且可以使代碼更加簡潔易讀。
Factory Design Pattern是一種創建型模式，用於創建具有相同屬性的物件，並隔離客戶端與具體產品的創建過程。
工廠模式將創建產品的過程封裝在一個工廠類中，客戶端只需要知道工廠方法，而不需要知道產品的具體實現細節。
工廠模式有三種形式：簡單工廠模式、工廠方法模式和抽像工廠模式。簡單工廠模式是最基本的工廠模式，而工廠方法模式和抽像工廠模式則是進一步的擴展。
工廠模式具有以下優點：封裝了創建產品的過程，提高了系統的可維護性和可擴展性；隔離了客戶端和具體產品的依賴關係，降低系統的耦合性；提高了系統的靈活性和可重用性。
工廠模式的缺點是：增加了系統的抽像性和理解難度；需要設計抽像工廠和產品族，增加了系統的代碼量和設計難度。
工廠模式適用於以下情況：對象的創建過程比較複雜，需要隔離客戶端和具體產品之間的相互依賴關係；需要在不同地方創建同類型的對象時，可以通過工廠類對像創建；需要通過配置文件等方式動態生成對像時。
from typing import List
class Product:
def __init__(self, quantity: int, price: float):
self.quantity = quantity
self.price = price
class ProductFactory:
@staticmethod
def create_product(name: str, quantity: int, price: float) -> Product:
if name == 'A':
return Product(quantity * 2, price * 2)
elif name == 'B':
return Product(quantity * 4, price / 2)
elif name == 'C':
return Product(quantity - 1, price * 3)
else:
raise ValueError('Invalid product name')
這個工廠方法可以創建諸如 A、B 和 C 的產品對象，其具有不同的數量和價值屬性。
from typing import Union
class Animal:
def speak(self):
pass
class Dog(Animal):
def speak(self):
return "Woof"
class Cat(Animal):
def speak(self):
return "Meow"
class Pig(Animal):
def speak(self):
return "Oink"
class AnimalFactory:
@staticmethod
def create_animal(name: str) -> Union[Dog, Cat, Pig]:
if name == 'dog':
return Dog()
elif name == 'cat':
return Cat()
elif name == 'pig':
return Pig()
else:
raise ValueError('Invalid animal name')
可以使用這個工廠方法來創建 Dog、Cat 或 Pig 的對象。
from typing import Union
class UIElement:
def render(self):
pass
class Button(UIElement):
def render(self):
return "Rendering button..."
class TextBox(UIElement):
def render(self):
return "Rendering text box..."
class Label(UIElement):
def render(self):
return "Rendering label..."
class UIElementFactory:
@staticmethod
def create_element(name: str) -> Union[Button, TextBox, Label]:
if name == 'button':
return Button()
elif name == 'textbox':
return TextBox()
elif name == 'label':
return Label()
else:
raise ValueError('Invalid UI element name')
這個工廠方法可以創建 Button、TextBox 或 Label 的對象。
from typing import Union
class Shape:
def draw(self):
pass
class Circle(Shape):
def draw(self):
return "Drawing circle..."
class Rectangle(Shape):
def draw(self):
return "Drawing rectangle..."
class Triangle(Shape):
def draw(self):
return "Drawing triangle..."
class ShapeFactory:
@staticmethod
def create_shape(name: str) -> Union[Circle, Rectangle, Triangle]:
if name == 'circle':
return Circle()
elif name == 'rectangle':
return Rectangle()
elif name == 'triangle':
return Triangle()
else:
raise ValueError('Invalid shape name')
這個工廠方法可以創建 Circle、Rectangle 或 Triangle 的對象。
from typing import Union
class File:
def open(self):
pass
class TextFile(File):
def open(self):
return "Opening text file..."
class PDFFile(File):
def open(self):
return "Opening PDF file..."
class ImageFile(File):
def open(self):
return "Opening image file..."
class FileFactory:
@staticmethod
def create_file(name: str) -> Union[TextFile, PDFFile, ImageFile]:
if name == 'text':
return TextFile()
elif name == 'pdf':
return PDFFile()
elif name == 'image':
return ImageFile()
else:
raise ValueError('Invalid file name')
這個工廠方法可以創建 TextFile、PDFFile 或 ImageFile 的對象。