简介

在简单工厂模式中只提供一个工厂类，该工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置，它需要知道每一个产品对象的创建细节，并决定何时实例化哪一个产品类。简单工厂模式最大的缺点是当有新产品要加入到系统中时，必须修改工厂类，需要在其中加入必要的业务逻辑，这违背了开闭原则。此外，在简单工厂模式中，所有的产品都由同一个工厂创建，工厂类职责较重，业务逻辑较为复杂，具体产品与工厂类之间的耦合度高，严重影响了系统的灵活性和扩展性，而工厂方法模式则可以很好地解决这一问题。

在工厂方法模式中，不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。

工厂方法模式定义如下：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工程方法模式又称为工程模式，又可称作虚拟构造器模式或多态工程模式。工程方法模式是一种类创建型模式。

工程方法模式提供一个抽象工厂接口来声明抽象工厂方法，而由其子类来具体实现工厂方法，创建具体的产品对象，其结构如图所示：

如图所示，工厂方法模式中包含如下 4 个角色：

1. Product(抽象产品)：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的公共父类。
2. ConcreteProduct(具体产品)：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。
3. Factory(抽象工厂)：在抽象工厂类中，声明了工厂方法(Factory Method)，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
4. ConcreteFactory(具体工厂)：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

与简单工厂模式相比，工厂方法模式最重要的区别就是引入了抽象工厂角色，抽象工厂可以是抽象类或具体类，其典型代码如下：

class Factory {
public:
  virtual Product* factoryMethod() = 0;
};

在抽象工厂中声明了工厂方法但并未实现工厂方法，具体产品对象的创建由其子类负责，客户端针对抽象工厂编程，可在运行时再指定具体工厂类。具体工厂类实现了工厂方法，不同的具体工厂可以创建不同的具体产品，其典型代码如下:

class ConcreteFactory : public Factory {
public:
  virtual Product* factoryMethod() override {
    Product* product = new ConcreteProduct;
    return product;
  }
};

在实际使用时，具体工厂类在实现工厂方法时除了创建具体产品对象之外，还可以负责产品对象的初始化工作以及一些资源和环境配置工作，例如连接数据库、创建文件等。

注意：工厂方法模式中的工厂方法不能为静态方法，因为工厂方法模式使用的是面向对象编程语言的多态性，而静态方法则丧失了这种多态性。

日志记录器

比如对于一个日志记录器，我们可以使用工厂方法模式，其结构如下图所示，其中 Logger 充当抽象产品，其子类 FileLogger 和 DatabaseLogger 充当具体产品，LoggerFactory 充当抽象工厂，其子类 FileLoggerFactory 和 DatabaseLoggerFactory 充当具体工厂：

进一步分析可发现，可以通过多种方式来初始化日志记录器，例如可以为各种日志记录器提供默认实现，还可以为数据库日志记录器提供数据库连接字符串，为文件日志记录器提供文件路径；也可以将参数封装在一个 Object 类型的对象中，通过 Object 对象将配置参数传入工厂类。此时，可以提供一组重载的工厂方法，以不同的方式对产品对象进行创建，如图所示。当然，对于同一个具体工厂而言，无论使用哪个工厂方法，创建的产品类均要相同。

有时候，为了进一步简化客户端的使用，还可以对客户端隐藏工厂方法，此时，在工厂类中将直接调用产品类的业务方法，客户端无须调用工厂方法创建产品，直接通过工厂即可使用所创建的对象中的业务方法。

如果对客户端隐藏工厂方法，日志记录器的结构图将修改为如图所示:

总结

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时还弥补了简单工厂模式的不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和API类库的核心模式。

优点

1. 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
2. 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
3. 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加人新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合开闭原则。

缺点

1. 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
2. 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

适用场景

1. 客户端不知道其所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。
2. 抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。

所有代码见Kohirus-Github