Design Patterns: Iterator Pattern, Factory Pattern | 设计模式之迭代器模式，工厂模式

Albert Wang / 2023-12-30 / 200 Words/has been Read Times

迭代器模式 #

在软件开发中，经常需要对集合对象进行操作，例如列表、数组或树等。通常，我们需要对这些集合中的元素执行各种操作，如遍历、查找、过滤或操作等。在处理这些情况时，传统的做法可能是直接操作集合对象本身，使用索引或指针直接访问其中的元素。然而，这样的方法存在一些问题：

耦合性高： 直接操作集合对象会使得代码与特定的集合类型紧密耦合，导致代码可维护性降低。
扩展性差： 如果需要更换或新增其他类型的集合，可能需要修改现有代码，违背了开放-封闭原则。
安全性问题： 直接访问集合可能引发越界访问、空指针异常等问题。

为解决这些问题，迭代器模式应运而生。该模式将对集合的访问封装在一个独立的迭代器对象中，提供了一个统一的访问接口，使得可以以相似的方式处理不同类型的集合对象，而无需了解其底层实现细节。迭代器模式是一种行为设计模式。

迭代器模式主要由4部分组成，

迭代器（Iterator）：迭代器是一个接口，它定义了用于访问和遍历集合中元素的方法。它包含了两个抽象函数hasNext和next，前者用来判断是否有下一个元素，后者用来访问下一个元素。
具体迭代器（Concrete Iterator）：Iterator 抽象函数由具体迭代器实现，它与特定的集合对象相关联。这个具体迭代器维护了对应集合对象的引用，并提供了在集合中移动的方法，如向前或向后遍历，获取当前元素等。Concrete Iterator 的成员变量里包括了具体的集合对象aggregate和当前遍历的位置index，这两个实例都必须在构造函数中被初始化。
聚合对象（Aggregate）：聚合对象是一个抽象接口，它包含了一个抽象函数 iterator 用来创建一个迭代器。
具体聚合对象（Concrete Aggregate）：具体聚合对象用来实现 iterator 函数，而在 iterator 函数中会调用 Concrete Iterator的构造函数，把聚合对象 Concrete Aggregate 自己通过this指针当作参数传进去

上面4个组成中 Iterator 和 Aggregate 是不变的部分，Concrete Iterator 和 Concrete Aggregate 可以后续再扩展，比如实现书籍的迭代器或者员工的迭代器等等。

工厂模式 #

在软件开发中，对象的创建通常是一个重要的环节。通常情况下，我们可能会在代码中直接使用 new 关键字来创建对象，这样做存在以下问题：

耦合性高： 直接在代码中创建对象会将对象的创建过程和具体的类耦合在一起，使得使用者需要知道如何实例化对象，降低了代码的灵活性和可维护性。
难以扩展： 如果需要更改对象的实例化方式或引入新的类，可能需要修改大量的代码，违反了开放-封闭原则。

工厂模式通过引入一个工厂类来解决上述问题。工厂类负责创建对象实例，使用者只需通过工厂类的接口来请求所需对象，而无需关心对象是如何创建的。这种方式将对象的创建与使用者解耦，使得代码更加灵活，易于维护和扩展。

工厂模式是软件开发中一种常见的创建型设计模式。主要包括工厂方法模式和抽象工厂模式两种变体，每种模式都有着自己的特点和应用场景。

工厂方法模式 #

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是工厂模式的一种常见形式。它定义了一个创建对象的接口，但将具体的对象创建延迟到子类中实现。这种模式通过将对象的实例化推迟到子类来解耦对象的使用和创建。

在工厂方法模式中，通常有以下角色：

抽象产品（Abstract Product）： 定义了工厂方法创建的产品的接口。
具体产品（Concrete Product）： 实现了抽象产品接口的具体类。
抽象工厂（Creator）： 声明了工厂方法的接口，用于创建抽象产品。
具体工厂（Concrete Creator）： 实现了抽象工厂接口，负责创建具体产品的实例，Concrete Factory 里面实现了 factoryMethod 函数，这个函数会返回一个具体实例的对象。

在上图中框架层表示的类都是不会变化的，不管后续需要创建多少不同类型的对象，在框架层一律认为需要创建的是 Product，只是在子类中才会用 new 去创建真实的实例。

下面是使用工厂方法的一个例子：

public class CreatorImpl {
	Creator factory;
	public CreatorImpl(Creator factory) {
		this.factory = factory;
	}
	
	public func() {
		Product product = factory.factoryMethod();
		product.method1();
	}
}

public static void main(String[] args) {
	CreatorImpl test1 = new CreatorImpl(new ConcreteFactory1());
	test1.func();

	CreatorImpl test2 = new CreatorImpl(new ConcreteFactory2());
	test2.func();
}

抽象工厂模式 #

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是另一种工厂模式的变体。它提供了一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而不需要指定其具体类。抽象工厂模式将一组相关的工厂方法封装在一个接口中，使得可以在不指定具体工厂类的情况下创建一系列产品。

在抽象工厂模式中，主要有以下角色：

抽象工厂（Abstract Factory）： 声明了一组用于创建一系列产品的工厂方法。
具体工厂（Concrete Factory）： 实现了抽象工厂接口，负责创建一系列具体产品的实例。
抽象产品（Abstract Product）： 定义了一组产品的接口。
具体产品（Concrete Product）： 实现了抽象产品接口的具体类。
**委托者（Client）：**调用 Abstract Factory 和 Abstract Product 的接口进行工作。

抽象工厂和工厂方法不同的地方在于存在一系列相互依赖的对象，对于下面的图来说，在 Concrete Factory 里我们需要创建 3 个具体的产品，这三个产品和创建它的 Concrete Factory 是强绑定的，也就是说奔驰车工厂必须安装的是奔驰的轮子和发动机，不能和其他工厂的搞混。但是在 factory 里我们都是抽象的产品，所以在 Abstract Factory 里只需要创建轮子和发动机就行，具体是什么类型的轮子和发动机依赖于Concrete Factory。

下面是一个抽象工厂的使用示例：

public class Client {
	AbstractFactory factory = new ConcreteFactory();
	AbstractProduct1 product1 = factory.createProduct1();
	AbstractProduct1 product2 = factory.createProduct2();
	AbstractProduct1 product2 = factory.createProduct2();
}

从上面的例子中我们也能看到，通过一个 ConcreteFactory 的实例我们可以创建出配套的几个 product 来，这几个 product 相互之间是有关系的。

Last modified on 2023-12-30