Python工厂方法模式详解：从理论到实战-EW帮帮网

一、工厂方法模式核心概念

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，属于经典23种设计模式之一。其核心思想是：定义一个创建对象的接口，但将具体对象的实例化过程延迟到子类中实现。这种模式通过引入抽象层，将对象的创建与使用解耦，使系统更具扩展性。

关键角色解析

抽象产品（Product）
定义产品的公共接口，所有具体产品必须实现这些方法。例如：

from abc import ABC, abstractmethod

class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass

具体产品（ConcreteProduct）
实现抽象产品接口的具体类，如Dog和Cat：

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow!"

抽象工厂（Creator）
声明工厂方法，返回抽象产品类型：

class AnimalFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_animal(self):
        pass

具体工厂（ConcreteCreator）
实现抽象工厂的接口，负责创建具体产品实例：

class DogFactory(AnimalFactory):
    def create_animal(self):
        return Dog()

class CatFactory(AnimalFactory):
    def create_animal(self):
        return Cat()

二、工厂方法模式vs简单工厂模式

特性	工厂方法模式	简单工厂模式
核心思想	通过子类延迟实例化到具体工厂	集中创建逻辑到单个工厂类
扩展性	符合开闭原则，新增产品只需添加子类	添加新产品需修改工厂类
复杂度	类数量较多，系统复杂度较高	结构简单，适合产品较少场景
适用场景	产品族扩展频繁，需动态选择工厂	产品类型固定，创建逻辑简单

三、Python实现工厂方法模式的三种方式

方式1：类方法工厂

利用@classmethod实现工厂方法，避免实例化工厂类：

class Animal:
    @classmethod
    def factory(cls, animal_type):
        if animal_type == "dog":
            return Dog()
        elif animal_type == "cat":
            return Cat()
        else:
            raise ValueError("Invalid animal type")

# 使用示例
animal = Animal.factory("dog")
print(animal.speak())  # 输出：Woof!

方式2：抽象基类强制实现

通过abc模块强制子类实现工厂方法：

from abc import ABC, abstractmethod

class AnimalFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create(self):
        pass

class DogFactory(AnimalFactory):
    def create(self):
        return Dog()

# 客户端代码
factory = DogFactory()
animal = factory.create()

方式3：动态工厂映射

结合字典实现灵活映射关系：

class AnimalFactory:
    _factories = {
        "dog": Dog,
        "cat": Cat
    }

    @classmethod
    def create(cls, animal_type):
        return cls._factories[animal_type]()

# 使用示例
animal = AnimalFactory.create("cat")

四、工厂方法模式优缺点分析

✅ 优点

解耦创建与使用
客户端无需知道具体类名，只需通过工厂接口获取对象。
符合开闭原则
新增产品时，只需添加具体工厂和产品类，无需修改现有代码。
支持多态性
不同工厂可返回同一接口的不同实现，便于替换实现逻辑。

❌ 缺点

类数量膨胀
每新增一个产品需对应一个工厂类，增加系统复杂度。
抽象层引入
过度使用可能导致代码可读性下降，需权衡设计复杂度。

五、实际应用场景

框架开发
Django框架中的表单和模型字段创建：

from django import forms

class CustomForm(forms.Form):
    name = forms.CharField()

# 工厂方法动态生成字段
def field_factory(field_type):
    if field_type == "text":
        return forms.CharField()
    elif field_type == "email":
        return forms.EmailField()

插件系统
为不同插件提供统一创建接口：

class Plugin:
    @abstractmethod
    def load(self):
        pass

class ImagePlugin(Plugin):
    def load(self):
        print("Loading image plugin")

class VideoPlugin(Plugin):
    def load(self):
        print("Loading video plugin")

class PluginFactory:
    @staticmethod
    def create(plugin_type):
        if plugin_type == "image":
            return ImagePlugin()
        elif plugin_type == "video":
            return VideoPlugin()

日志系统
根据配置动态创建日志处理器：

class Logger:
    @abstractmethod
    def log(self, message):
        pass

class FileLogger(Logger):
    def log(self, message):
        with open("log.txt", "a") as f:
            f.write(message)

class ConsoleLogger(Logger):
    def log(self, message):
        print(message)

class LoggerFactory:
    @staticmethod
    def get_logger(logger_type):
        if logger_type == "file":
            return FileLogger()
        else:
            return ConsoleLogger()

六、总结

工厂方法模式通过抽象工厂和具体工厂的分离，为对象创建提供了灵活的扩展机制。在Python中，可结合@classmethod、抽象基类（abc模块）或字典映射等方式实现。其核心价值在于将对象创建逻辑封装到独立模块，降低系统耦合度，特别适用于产品类型可能动态扩展的场景。

实践建议：当系统需要频繁添加新产品，且客户端不关心具体实现时，优先使用工厂方法模式；若产品类型固定且数量较少，可考虑简单工厂模式以降低复杂度。

Python工厂方法模式详解：从理论到实战