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PHP 設計模式實戰：簡單工廠模式完整解析與計算器實作

編輯：PHP 綜合知識

前言

簡單工廠模式是創建型模式入門，核心思想：**由一個工廠類根據參數決定實例化哪個具體產品類**。本文從模式結構、UML 關係、代碼演進、計算器實戰、優缺點分析五個維度深度解析，並對比工廠方法、抽象工廠差異，助你靈活應用。

一、模式結構與角色

┌─────────────┐       ┌──────────────┐       ┌────────────────┐
│   Client    │ ───▶  │  Factory     │ ───▶  │  Product       │
│  (調用者)   │       │  (工廠類)    │       │  (產品介面)    │
└─────────────┘       └──────────────┘       └────────┬───────┘
                                                       │
                              ┌────────────────────────┼────────────────────────┐
                              ▼                        ▼                        ▼
                       ┌─────────────┐           ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
                       │ ConcreteA   │           │ ConcreteB   │           │ ConcreteC   │
                       │ (具體產品A) │           │ (具體產品B) │           │ (具體產品C) │
                       └─────────────┘           └─────────────┘           └─────────────┘

關鍵點

工廠類通常提供 static 方法（靜態工廠方法）
客戶端完全解耦具體類，僅依賴介面/抽象類
屬於「類創建型模式」，不屬於 GoF 23 經典模式（是工廠方法特例）

二、代碼演進：從水果農場到計算器

階段 1：水果介面與實作

// 產品介面
interface Fruit {
    public function plant();
    public function grow();
    public function harvest();
}

// 具體產品
class Apple implements Fruit {
    private $treeAge;
    public function plant() { echo "Apple planted.\n"; }
    public function grow()  { echo "Apple growing.\n"; }
    public function harvest() { echo "Apple harvested.\n"; }
    public function setTreeAge($age) { $this->treeAge = (int)$age; }
}

class Grape implements Fruit {
    private $seedless;
    public function plant() { echo "Grape planted.\n"; }
    public function grow()  { echo "Grape growing.\n"; }
    public function harvest() { echo "Grape harvested.\n"; }
    public function setSeedless($bool) { $this->seedless = (bool)$bool; }
}

class Strawberry implements Fruit {
    public function plant() { echo "Strawberry planted.\n"; }
    public function grow()  { echo "Strawberry growing.\n"; }
    public function harvest() { echo "Strawberry harvested.\n"; }
}

階段 2：簡單工廠類

class FruitGardener {
    public static function factory($type) {
        $type = strtolower($type);
        switch ($type) {
            case 'apple':      return new Apple();
            case 'grape':      return new Grape();
            case 'strawberry': return new Strawberry();
            default:
                throw new BadFruitException("Unknown fruit: $type");
        }
    }
}

class BadFruitException extends Exception {}

階段 3：客戶端使用

try {
    $apple = FruitGardener::factory('apple');
    $apple->plant();
    
    $grape = FruitGardener::factory('grape');
    $grape->setSeedless(true);
    $grape->grow();
} catch (BadFruitException $e) {
    echo "Error: " . $e->getMessage();
}

三、實戰：面向對象計算器

1. 抽象運算類

abstract class Operation {
    public $firstNum = 0;
    public $secondNum = 0;
    
    abstract public function getResult(): float;
}

2. 四則運算具體類

class OperationAdd extends Operation {
    public function getResult(): float { return $this->firstNum + $this->secondNum; }
}

class OperationSub extends Operation {
    public function getResult(): float { return $this->firstNum - $this->secondNum; }
}

class OperationMul extends Operation {
    public function getResult(): float { return $this->firstNum * $this->secondNum; }
}

class OperationDiv extends Operation {
    public function getResult(): float {
        if ($this->secondNum == 0) {
            throw new Exception('除數不能為零');
        }
        return $this->firstNum / $this->secondNum;
    }
}

3. 工廠類

class OperationFactory {
    public function createOperation(string $operator): ?Operation {
        return match ($operator) {
            '+' => new OperationAdd(),
            '-' => new OperationSub(),
            '*' => new OperationMul(),
            '/' => new OperationDiv(),
            default => null,
        };
    }
}

4. 使用範例

$factory = new OperationFactory();
$op = $factory->createOperation('/');
$op->firstNum = 10;
$op->secondNum = 20;
var_dump($op->getResult()); // float(0.5)

四、三大工廠模式對比

維度	簡單工廠	工廠方法	抽象工廠
GoF 分類	非標準 (特例)	創建型	創建型
核心思想	一個工廠類判斷創建	定義介面，子類決定實例化	創建相關/依賴對象族
擴充新產品	修改工廠類 (違反 OCP)	新增子類工廠 (符合 OCP)	新增工廠介面實作
適用場景	產品種類少、固定、邏輯簡單	產品擴充頻繁、需解耦創建邏輯	系列產品、跨平台、多風格
結構複雜度	低	中	高

五、優缺點與最佳實踐

優點

客戶端與具體類解耦
創建邏輯集中管理，易維護
靜態方法調用簡便

缺點

違反開閉原則：新增產品需修改工廠類
工廠類職責過重（「上帝類」風險）
靜態方法難以 Mock/單元測試

最佳實踐建議

產品類少且穩定：直接用簡單工廠
需擴充/測試：升級為工廠方法模式
依賴注入容器：現代框架用 DI 容器替代手寫工廠
配置驅動：工廠讀取配置映射 ['+' => OperationAdd::class]，新增產品只改配置

六、進階：配置驅動工廠

class ConfigurableFactory {
    private $map = [];
    
    public function __construct(array $config) {
        $this->map = $config;
    }
    
    public function create(string $key) {
        if (!isset($this->map[$key])) {
            throw new InvalidArgumentException("Unknown type: $key");
        }
        $class = $this->map[$key];
        return new $class();
    }
}

// 配置檔/依賴注入設定
$config = [
    '+' => OperationAdd::class,
    '-' => OperationSub::class,
    '*' => OperationMul::class,
    '/' => OperationDiv::class,
];
$factory = new ConfigurableFactory($config);