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C# 工廠方法模式實戰：延遲實例化與子類別決定建立邏輯

編輯：關於C#

前言

當系統需要建立物件，但具體建立哪種類別、如何建立由子類別決定時，工廠方法模式提供標準方案：定義一個建立物件的介面（工廠方法），讓子類別決定實例化哪個類別。這將物件建立邏輯從使用者中分離，支援開閉原則——新增產品類別只需新增對應工廠子類別，無需修改既有程式碼。本文以訊息系統為例，展示 SqlMessageFactory/XmlMessageFactory 如何分別建立 SqlMessage/XmlMessage，客戶端透過抽象工廠介面統一使用。

模式結構與四大角色

Product（產品介面）：AbstractMessage，定義 Get()、Insert() 共同操作。
ConcreteProduct（具體產品）：SqlMessage、XmlMessage，實作不同儲存邏輯。
Creator（抽象建構者）：AbstractMessageFactory，宣告工廠方法 CreateMessage()，可包含使用產品的業務邏輯（如 AnOperation()）。
ConcreteCreator（具體建構者）：SqlMessageFactory、XmlMessageFactory，實作工廠方法回傳對應產品實例。

核心程式碼機制深度解析

1. 產品介面與具體產品

public abstract class AbstractMessage
{
    public abstract List<MessageModel> Get();
    public abstract bool Insert(MessageModel mm);
}

public class SqlMessage : AbstractMessage
{
    public override List<MessageModel> Get()
    {
        var l = new List<MessageModel>();
        l.Add(new MessageModel("SQL方式獲取Message", DateTime.Now));
        return l;
    }
    public override bool Insert(MessageModel mm) { return true; }
}

public class XmlMessage : AbstractMessage
{
    public override List<MessageModel> Get()
    {
        var l = new List<MessageModel>();
        l.Add(new MessageModel("XML方式獲取Message", DateTime.Now));
        return l;
    }
    public override bool Insert(MessageModel mm) { return true; }
}

2. 抽象建構者：工廠方法宣告

public abstract class AbstractMessageFactory
{
    public abstract AbstractMessage CreateMessage(); // 工廠方法

    // 可選：使用產品的業務邏輯（模板方法風格）
    public void AnOperation()
    {
        var product = CreateMessage();
        // 使用 product...
    }
}

3. 具體建構者：實作工廠方法

public class SqlMessageFactory : AbstractMessageFactory
{
    public override AbstractMessage CreateMessage() => new SqlMessage();
}

public class XmlMessageFactory : AbstractMessageFactory
{
    public override AbstractMessage CreateMessage() => new XmlMessage();
}

關鍵：每個具體建構者只負責建立一種具體產品，建立邏輯封裝在工廠方法中。

4. 客戶端：面向抽象建構者程式設計


AbstractMessageFactory amf = new SqlMessageFactory(); // 選擇具體工廠
AbstractMessage am = amf.CreateMessage();             // 建立產品
Response.Write(am.Insert(new MessageModel("插入", Now)));
Response.Write(am.Get()[0].Message);

amf = new XmlMessageFactory(); // 切換工廠
am = amf.CreateMessage();
Response.Write(am.Insert(new MessageModel("插入", Now)));
Response.Write(am.Get()[0].Message);

執行結果驗證


True
SQL方式獲取Message 2007-5-4 22:34:39
True
XML方式獲取Message 2007-5-4 22:34:39

客戶端程式碼僅依賴 AbstractMessageFactory 與 AbstractMessage 介面，切換工廠即切換產品系列，零修改業務邏輯。

工廠方法模式 vs 簡單工廠 vs 抽象工廠

模式	核心機制	適用場景	擴展方式
簡單工廠	單一類別含 switch 建立邏輯	產品類別固定、少量、客戶端不關心建立細節	修改工廠類別 (違反開閉)
工廠方法	抽象建構者 + 具體建構者階層	產品類別可擴展、建立邏輯複雜、需支援多種產品系列	新增建構者子類別 (符合開閉)
抽象工廠	建構者介面定義多個工廠方法 (產品族)	需建立相關/相依的產品族 (如：SQL 連線+命令+讀取器)	新增建構者子類別實作整族產品

進階應用與最佳實務

參數化工廠方法

工廠方法接受參數決定建立哪種子類型：


public abstract class MessageFactory
{
    public abstract AbstractMessage CreateMessage(string type); // "sql" | "xml"
}

public class UnifiedMessageFactory : MessageFactory
{
    public override AbstractMessage CreateMessage(string type)
    {
        return type switch { "sql" => new SqlMessage(), "xml" => new XmlMessage(), _ => throw new ArgumentException() };
    }
}

優點：減少建構者類別數量。缺點：引入條件判斷、違反開閉原則（新增類型需修改 switch）。

工廠方法與依賴注入結合


// 註冊
services.AddTransient();
// 或多實現
services.AddKeyedTransient("sql");
services.AddKeyedTransient("xml");

// 客戶端注入
public class MessageService
{
    private readonly AbstractMessageFactory _factory;
    public MessageService(AbstractMessageFactory factory) => _factory = factory;
    public void Process() => _factory.CreateMessage().Insert(...);
}

工廠方法在框架中的應用：模板方法搭檔

Creator 中定義 AnOperation() 呼叫 CreateMessage()，子類別只需實作工廠方法即可客製化演算法中的物件建立步驟。這是「框架設計」核心技巧：框架定義骨架（AnOperation），應用提供具體化（CreateMessage）。

.NET 實際應用案例

ADO.NET：DbProviderFactory (Creator) → SqlClientFactory (ConcreteCreator) → CreateConnection/Command/Parameter (Factory Methods)。
ASP.NET Core：IControllerFactory → DefaultControllerFactory → CreateController。
Entity Framework：IDbContextFactory → PooledDbContextFactory → CreateDbContext。
HttpClientFactory：IHttpClientFactory → DefaultHttpClientFactory → CreateClient。
Logging：ILoggerFactory → LoggerFactory → CreateLogger。

優缺點總結

優點

解耦建立與使用：客戶端不知曉具體產品類別。
符合開閉原則：新增產品只需新增建構者子類別。
單一職責：建立邏輯集中在建構者，不分散在客戶端。
支援多型建立：同一建構者介面可建立不同產品階層。

缺點

類別數量成雙增長：每個產品需對應一個建構者（可用參數化工廠/反射緩解）。
客戶端需知曉具體建構者類別（除非配合 DI/簡單工廠）。
若產品建立邏輯極簡，可能過度設計（YAGNI）。

適用性判斷

類別預先不知道要建立哪種物件？
類別希望由子類別指定建立的物件？
類別將建立職責委派給多個輔助子類別，並希望將哪個輔助子類別是代理者這項資訊局部化？

總結

工廠方法模式以「虛擬建構子」將物件實例化延遲至子類別，實現「建立與使用分離」與「開閉原則」。本範例以 SqlMessageFactory/XmlMessageFactory 分別建立 SqlMessage/XmlMessage 為例，完整展示了產品介面、具體產品、抽象建構者、具體建構者四角色協作，驗證了客戶端面向抽象介面程式設計、切換工廠即切換產品系列的核心優勢。實務中，從 ADO.NET Provider、Controller Factory、DbContext Factory 到 HttpClient Factory、Logger Factory，工廠方法模式是框架庫、中間件、可擴展系統實現「多型建立、插件化架構」的基石。掌握其核心——「Creator 定義工廠方法、ConcreteCreator 實作建立邏輯、Client 依賴 Creator 介面」、與簡單工廠/抽象工廠的區別、DI 容器整合現代寫法，能讓你在設計需要「彈性建立、多實現切換、框架可擴展」的系統時，構建出清晰分層、低耦合、高擴展性的物件建立架構。

參考資源：DoFactory Factory Method Pattern