《Python编程实战：运用设计模式、并发和程序库创建高质量程序》—— 1.1　抽象工厂模式...

本节书摘来自华章出版社《Python编程实战：运用设计模式、并发和程序库创建高质量程序》一 书中的第1章，第1.1节，作者：（美）　Mark Summerfield，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

1.1　抽象工厂模式

“抽象工厂模式”（Abstract Factory Pattern）用来创建复杂的对象，这种对象由许多小对象组成，而这些小对象都属于某个特定的“系列”（family）。
比方说，在GUI系统里可以设计“抽象控件工厂”（abstract widget factory），并设计三个“具体子类工厂”（concrete subclass factory）：MacWidgetFactory、XfceWidgetFactory、WindowsWidgetFactor，它们都提供创建同一种对象的方法（例如都提供创建按钮的make_button()方法，都提供创建数值调整框的make_spinbox()方法），而具体创建出来的对象的风格则与操作系统平台相符。我们可以编写create_dialog()函数，令其以“工厂实例”（factory instance）为参数来创建OS X、Xfce及Windows风格的对话框，对话框的具体风格取决于传进来的工厂参数。

1.1.1　经典的抽象工厂模式

为了演示抽象工厂模式，我们来写一段程序，用以生成简单的“示意图”（diagram）。这段程序会用到两个“工厂”（factory）：一个用来生成纯文本格式的示意图，另一个用来生成SVG（Scalable Vector Graphics，可缩放的矢量图）格式的示意图。图1.1列出了这两种格式。此程序有两种写法，diagram1.py文件按照传统方式来运用抽象工厂模式，而diagram2.py则借助了Python的某些特性，这样写出来的程序比原来更短小、更清晰。这两个版本所生成的示意图都一样。

有一些代码是这两个版本都要用的，首先我们来看main()函数。

首先创建两个文件（上述范例代码中没有列出相关语句）。接下来，用默认的纯文本工厂（）创建示意图，并将其保存。然后，用SVG工厂（）来创建同样的示意图，也将其保存。

create_diagram函数只有一个参数，就是绘图所用的工厂，该函数用这个工厂创建出所需的示意图。此函数并不知道工厂的具体类型，也无须关心这一点，它只需要知道工厂对象具备创建示意图所需的接口即可。以make开头的那些方法我们放在后面讲。
说完工厂的用法之后，我们来看工厂本身的写法。下面这个工厂类用来绘制纯文本示意图（该工厂也是其他工厂的基类）：

虽说“抽象工厂模式”的名字里有“抽象”这个词，但实际上我们可以用一个类来身兼二职：这个类既像基类那样定义抽象接口，又像具体类那样提供实现代码。DiagramFactory类就是按照这个思路写出来的。
创建SVG示意图所用的工厂叫做SvgDiagramFactory，该类的前几行代码是：

这两个make_diagram方法之间的唯一区别在于：DiagramFactory.make_diagram()方法返回的是Diagram对象，而SvgDiagramFactory.make_diagram()方法返回的是SvgDiagram对象。SvgDiagramFactory里的另外两个方法也是如此（这两个方法没有列在上述范例代码中）。
稍后我们会看到，虽然对应类的接口都一样（比如Diagram与SvgDiagram类的方法名都相同），但是绘制纯文本示意图所用的Diagram、Rectangle、Text等类的实现方式却与SVG示意图所用的SvgDiagram、SvgRectangle、SvgText等类截然不同。这意味着不同系列的类之间不可混搭（比如Rectangle和SvgText就不能放在一张示意图里），相关的工厂类会自行保证这一点。
纯文本Diagram对象用“二维列表”（list of lists）来保存示意图里的数据，这些数据就是空格、+、|、-等字符。纯文本的Rectangle及Text对象也包含由单个字符所构成的二维列表，它们可用来替换大示意图相关位置上的字符（如有必要，还会替换右侧及下方的字符）。

上面这几行就是Text类的全部代码了。由于是纯文本，所以无须理会fontSize参数。

上面是Diagram.add()方法的代码。调用该方法时，component参数可能会是Rectangle或Text对象，该方法会遍历component里的二维列表（也就是components.rows），用其中的数据来替换示意图相应位置上的字符。示意图本身的字符是由Diagram.__init__()方法绘制的（该方法没有列在上面的程序清单中），调用Diagram(width, height)时，__init__()方法会按照给定的宽度与高度用空格把self.diagram填充好。

上面列出了SvgText类的全部代码以及该类所依赖的两个常量。顺便说一句，使用locals()的好处是比较省事，这样就不用再写成SVG_TEXT.format(x=x, y=y, text=text, fontsize=fontsize)了。从Python 3.2开始，还可以把SVG_TEXT.format(locals())写成SVG_TEXT.format_map(locals())，因为str.format_map()方法会自动执行“映射解包”（mapping unpacking）操作。（参见1.2节中的补充知识。）

SvgDiagram类的每个实例都有一份字符串列表，名叫self.diagram，列表中的每个字符串都表示一行SVG文本。这样一来，向其中加入新组件（比如SvgRectangle或SvgText类型的对象）就变得非常简单了。

1.1.2　Python风格的抽象工厂模式

在上一小节中，我们分别用DiagramFactory和其子类SvgDiagramFactory来创建示意图里的各种组件（比如Diagram、SvgDiagram等），并以此很好地演示了“抽象工厂”这一设计模式。
不过，刚才那种写法有几个缺点。首先，这两个工厂都没有各自的状态，所以根本不需要创建工厂实例。其次，SvgDiagramFactory与DiagramFactory的代码基本上一模一样，只不过前者的make_diagram方法返回SvgText实例，而后者返回Text实例，其他几个方法也如此，这会产生许多无谓的重复代码。最后，DiagramFactory、Diagram、Rectangle、Text类以及SVG系列中与其对应的那些类都放在了“顶级命名空间”（top-level namespace）里。但实际上并没有必要这么做，因为我们只会用到那两个工厂而已。另外，这样做还有个坏处：给SVG示意图的组件类起名时，为了避免名称冲突，必须加上前缀才行（例如表示SVG矩形的那个类要叫做SvgRectangle，而不能直接叫成Rectangle），这样代码就显得不够整洁了。（有种避免名称冲突的办法，就是把每个类都放到各自的模块中，然而这并不能消除重复代码。）
本节将用另外一种写法来弥补上述缺陷。（写好的代码放在diagram2.py文件中。）
第一处改动是把Diagram、Rectangle、Text等类都嵌套到DiagramFactory类里面。修改之后，需要用DiagramFactory.Diagram来引用纯文本的Diagram类，其余类也是如此。创建SVG示意图所用的那些类也可以嵌套到SvgDiagramFactory类里面，这样就不会产生名称冲突了，它们可以和纯文本系列的那些类同名，比方说，表示SVG示意图的那个类也能叫做Diagram，我们可通过SvgDiagramFactory.Diagram来引用它。类所依赖的常量也可以嵌套到工厂里面，于是顶级命名空间里只剩下main()、create_diagram()、DiagramFactory及SvgDiagramFactory了。

上面列出了新版DiagramFactory类的前几行代码。以make开头的方法现在都变成了“类方法”（class method）。也就是说，调用这些方法时，其首个参数是类，而不像普通方法那样，首个参数是self。例如，当调用DiagramFactory.make_text()方法时，Class参数就是DiagramFactory，此方法会创建DiagramFactory.Text对象并将其返回。
这种修改方式意味着SvgDiagramFactory子类只需继承DiagramFactory，而不用再去实现那几个make方法了。举例来说，调用SvgDiagramFactory.make_rectangle()方法时，由于SvgDiagramFactory类并没有实现这个方法，所以会执行基类的DiagramFactory.make_rectangle()方法，而执行的时候，Class参数的值是SvgDiagramFactory。这样一来，基类方法自然就能创建出SvgDiagramFactory.Rectangle对象并将其返回了。

经过上述修改之后，main()函数也可以简化，因为现在不需要再创建工厂类的实例了。
其余代码和上一小节基本相同，但有个显著的区别，就是在访问相关常数及非工厂类时，必须在名称前面加上工厂类的名字，因为现在它们都嵌套在工厂类里了。

上面列出了Text类的代码，该类嵌套在SvgDiagramFactory里面（也就相当于diagram1.py文件里的SvgText类），这段代码还演示了如何访问嵌套在类中的常量。