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C# 抽象工廠模式實作演進：從 Switch 到反射再到 DI 容器

編輯：關於C#

前言

抽象工廠模式提供「建立一系列相關物件的介面，無需指定具體類別」。本文以水果工廠為例，展示四種實作演進：硬編碼 Switch、參數化工廠、反射動態建立、現代 DI 容器整合，並比較優缺點。

領域模型


public interface IFruit { string Name { get; } }
public class Apple : IFruit { public string Name => "蘋果"; }
public class Orange : IFruit { public string Name => "橘子"; }
public class Pear : IFruit { public string Name => "梨子"; }

階段一：硬編碼 Switch 工廠 (違反 OCP)


public class FruitFactoryV1
{
    public IFruit CreateFruit(string name) => name switch
    {
        "Apple" => new Apple(),
        "Orange" => new Orange(),
        _ => throw new ArgumentException($"Unknown fruit: {name}")
    };
}

缺點：新增水果需修改工廠類別，違反開放封閉原則。

階段二：參數化工廠方法 (仍需修改工廠)


public class FruitFactoryV2
{
    public IFruit CreateFruit(string name) => name switch
    {
        "Apple" => new Apple(),
        "Orange" => new Orange(),
        "Pear" => new Pear(), // 仍需修改此處
        _ => null
    };
}

客戶端程式碼簡化，但工廠仍需修改。

階段三：反射動態建立 (符合 OCP)


public class FruitFactoryV3
{
    private readonly Dictionary _fruitTypes = new();

    public FruitFactoryV3()
    {
        // 掃描組件中實作 IFruit 的非抽象類別
        foreach (var type in Assembly.GetExecutingAssembly().GetTypes())
        {
            if (typeof(IFruit).IsAssignableFrom(type) && !type.IsAbstract && !type.IsInterface)
            {
                _fruitTypes[type.Name] = type; // 命名慣例：類別名 = 水果名
            }
        }
    }

    public IFruit CreateFruit(string name)
    {
        if (_fruitTypes.TryGetValue(name, out var type))
        {
            return (IFruit)Activator.CreateInstance(type);
        }
        throw new ArgumentException($"Unknown fruit: {name}");
    }
}

優點：新增水果只需新增類別，無需修改工廠。缺點：依賴命名慣例、效能稍低、無法處理建構函式參數。

階段四：泛型註冊工廠 (型別安全、支援依賴注入)


public class FruitFactoryV4
{
    private readonly Dictionary> _creators = new();

    public void Register(string name) where T : IFruit, new()
    {
        _creators[name] = () => new T();
    }

    public void Register(string name, Func factory)
    {
        _creators[name] = factory;
    }

    public IFruit CreateFruit(string name)
    {
        if (_creators.TryGetValue(name, out var creator))
            return creator();
        throw new ArgumentException($"Unknown fruit: {name}");
    }
}

// 使用範例
var factory = new FruitFactoryV4();
factory.Register("Apple");
factory.Register("Orange");
// 甚至支援複雜建構邏輯
factory.Register("SpecialPear", () => new Pear { /* 初始化 */ });

階段五：整合 DI 容器 (Microsoft.Extensions.DependencyInjection)


using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

public interface IFruitFactory
{
    IFruit Create(string name);
}

public class DiFruitFactory : IFruitFactory
{
    private readonly IServiceProvider _sp;
    private readonly Dictionary _map = new();

    public DiFruitFactory(IServiceProvider sp)
    {
        _sp = sp;
        // 掃描已註冊的服務
        foreach (var svc in sp.GetServices())
        {
            _map[svc.GetType().Name] = svc.GetType();
        }
    }

    public IFruit Create(string name)
    {
        if (_map.TryGetValue(name, out var type))
            return (IFruit)_sp.GetRequiredService(type);
        throw new ArgumentException($"Unknown fruit: {name}");
    }
}

// 註冊
var services = new ServiceCollection();
services.AddTransient();
services.AddTransient();
services.AddTransient();
services.AddTransient();

var provider = services.BuildServiceProvider();
var factory = provider.GetRequiredService();
var apple = factory.Create("Apple");

比較總結表

版本	符合 OCP	型別安全	支援建構參數	效能	適用場景
V1 Switch	❌	✅	✅	最高	極簡單、固定類別
V2 參數化	❌	✅	✅	高	客戶端簡化，但仍需修改工廠
V3 反射	✅	❌ (執行時)	❌ (無參建構)	中 (首次較慢)	插件系統、動態擴充
V4 委派註冊	✅	✅	✅	高	框架開發、需靈活建構邏輯
V5 DI 容器	✅	✅	✅ (完整 DI)	高 (容器優化)	企業級應用、微服務、現代 .NET