工廠方法模式詳解與範例

意圖

定義一個用來建立物件的介面，但讓子類別決定要實例化哪個類別。工廠方法讓類別把實例化的工作延後交給子類別。它是《設計模式》（Gang of Four，簡稱 GoF）一書中五種建立型模式之一，也是其中唯一以類別為範圍的模式，因為它依賴繼承。

它解決的問題

想像一個通知模組：它會格式化訊息、送出訊息，並記錄結果。起初只寄電子郵件，所以程式碼直接呼叫 new EmailChannel()。後來產品需要簡訊，接著又要推播通知。每多一個管道，就得修改同一個類別並多加一個 if 分支，即使格式化與記錄這兩個步驟完全沒有變。

傳送的流程是穩定的，只有管道的種類會變。工廠方法把這個唯一會變的決定，也就是要建立哪個類別，集中到一個可以覆寫的方法中。

結構與參與者

TypeScript 實作

interface Channel {
  send(to: string, text: string): string;
}

class EmailChannel implements Channel {
  send(to: string, text: string): string { return `email to ${to}: ${text}`; }
}

class SmsChannel implements Channel {
  send(to: string, text: string): string { return `sms to ${to}: ${text.slice(0, 20)}`; }
}

abstract class Notifier {
  // The factory method: subclasses choose the concrete product.
  protected abstract createChannel(): Channel;
  // Shared logic that works with any Channel.
  notify(to: string, text: string): void {
    const channel = this.createChannel();
    const result = channel.send(to, text.trim());
    console.log("[log]", result);
  }
}

class EmailNotifier extends Notifier {
  protected createChannel(): Channel { return new EmailChannel(); }
}

class SmsNotifier extends Notifier {
  protected createChannel(): Channel { return new SmsChannel(); }
}

const notifiers: Notifier[] = [new EmailNotifier(), new SmsNotifier()];
for (const n of notifiers) n.notify("ada", " Your order has shipped today ");
// [log] email to ada: Your order has shipped today
// [log] sms to ada: Your order has shipp

現在要加入推播通知，只需要撰寫 PushChannel 和 PushNotifier。notify 方法以及所有呼叫它的程式碼都不必更動。

在套用這個模式之前，建立物件的決定被埋在共用的邏輯裡：

class Notifier {
  constructor(private kind: "email" | "sms") {}
  notify(to: string, text: string): void {
    // every new channel edits this method
    const result = this.kind === "email"
      ? `email to ${to}: ${text}`
      : `sms to ${to}: ${text.slice(0, 20)}`;
    console.log("[log]", result);
  }
}

較輕量的替代做法：傳入工廠函式

工廠方法使用的是繼承。在 TypeScript 中，常常可以改用組合達到同樣的彈性，也就是把建立物件的函式傳進建構函式。這樣就不必為每個產品各寫一個子類別：

interface Channel { send(to: string, text: string): string; }
class Notifier {
  constructor(private createChannel: () => Channel) {}
  notify(to: string, text: string): void {
    console.log("[log]", this.createChannel().send(to, text));
  }
}
const push = new Notifier(() => ({ send: (to, text) => `push to ${to}: ${text}` }));
push.notify("ada", "Hello"); // [log] push to ada: Hello

當每個建立者本來就因為其他理由有自己的類別，或是框架要求你擴充某個基底類別時，就使用子類別版本。當各個變化版本之間唯一的差別只是它們建立的物件時，就使用函式版本。

何時使用、何時不該用

在以下情況使用工廠方法：

• 類別含有穩定的演算法，但無法事先知道必須建立哪些具體物件。
• 你在撰寫框架或函式庫，希望使用者能透過繼承來掛上自己的產品類別。
• 你想把某個型別的建立邏輯集中在同一個地方，而不是讓 new 呼叫四處散落。

在以下情況應避免使用：

• 只有一種產品類型，也沒有出現第二種的跡象。直接使用 new 更清楚。
• 唯一的理由只是為了方便測試。透過建構函式傳入依賴會更簡單。
• 你會建立一組與產品一對一對應、卻沒有其他邏輯的平行建立者階層。

實際應用

• Java 集合：Iterable.iterator() 只宣告一次，每個集合類別（ArrayList、HashSet 等）再各自覆寫它，回傳自己的迭代器類別。GoF 一書就是以這種用法來說明工廠方法如何達成多型的迭代。
• JavaScript 的可迭代物件：每個可迭代物件都會實作 [Symbol.iterator]()，這個方法會回傳一個適合該集合的新迭代器。
• UI 框架常讓子類別覆寫建立元件、儲存格或檢視的方法，而基底類別則掌控版面配置與生命週期。

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