摘要：工廠類的函數(shù)就是包裝一些目標(biāo)類層次結(jié)構(gòu)和復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)造。連貫的工廠類接口在某些情況下，我們?cè)O(shè)計(jì)的類在方法使用上定義好了順序，按順序求方法的值很像函數(shù)。這個(gè)工廠類可以像下面這樣使用首先，我們創(chuàng)建一個(gè)工廠實(shí)例，然后我們使用那個(gè)實(shí)例創(chuàng)建實(shí)例。

注：原書作者 Steven F. Lott，原書名為 Mastering Object-oriented Python

我們可以通過工廠函數(shù)來構(gòu)建一副完整的撲克牌。這會(huì)比枚舉所有52張撲克牌要好得多。在Python中，我們有如下兩種常見的工廠方法：

定義一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)會(huì)創(chuàng)建所需類的對(duì)象。

定義一個(gè)類，該類有創(chuàng)建對(duì)象的方法。這是一個(gè)完整的工廠設(shè)計(jì)模式，正如設(shè)計(jì)模式書所描述的那樣。在諸如Java這樣的語言中，工廠類層次結(jié)構(gòu)是必須的，因?yàn)樵撜Z言不支持獨(dú)立的函數(shù)。

在Python中，類不是必須的。只有當(dāng)相關(guān)的工廠非常復(fù)雜的時(shí)候才會(huì)顯現(xiàn)出優(yōu)勢。Python的優(yōu)勢就是當(dāng)一個(gè)簡單的函數(shù)可以做的更好時(shí)我們決不強(qiáng)迫使用類層次結(jié)構(gòu)。

雖然這是一本關(guān)于面向?qū)ο缶幊痰臅?，但函?shù)真是一個(gè)好東西。這是常見也是最地道的Python。

如果需要的話，我們總是可以重寫一個(gè)函數(shù)為適當(dāng)?shù)目烧{(diào)用對(duì)象，可以將一個(gè)可調(diào)用對(duì)象重構(gòu)到我們的工廠類層次結(jié)構(gòu)中。我們將在第五章《使用Callables和Contexts》中學(xué)習(xí)可調(diào)用對(duì)象。

一般，類定義的優(yōu)點(diǎn)是通過繼承實(shí)現(xiàn)代碼重用。工廠類的函數(shù)就是包裝一些目標(biāo)類層次結(jié)構(gòu)和復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)造。如果我們有一個(gè)工廠類，當(dāng)擴(kuò)展目標(biāo)類層次結(jié)構(gòu)的時(shí)候，我們可以添加子類到工廠類中。這給我們提供了多態(tài)工廠類，不同的工廠類定義具有相同的方法簽名，可以交替使用。

這個(gè)類級(jí)別的多態(tài)對(duì)于靜態(tài)編譯語言如Java或C++非常有用。編譯器可以解決類和方法生成代碼的細(xì)節(jié)。

如果選擇的工廠定義不能重用任何代碼，則類層次結(jié)構(gòu)在Python中不會(huì)有任何幫助。我們可以簡單的使用具有相同簽名的函數(shù)。

以下是我們各種Card子類的工廠函數(shù)：

def card(rank, suit):
    if rank == 1:
        return AceCard("A", suit)
    elif 2 <= rank < 11: 
        return NumberCard(str(rank), suit)
    elif 11 <= rank < 14:
        name = {11: "J", 12: "Q", 13: "K" }[rank]
        return FaceCard(name, suit)
    else:
        raise Exception("Rank out of range")

這個(gè)函數(shù)通過rank數(shù)值和suit對(duì)象構(gòu)建Card類?，F(xiàn)在我們可以更簡單的構(gòu)建牌了。我們已經(jīng)將構(gòu)造過程封裝到一個(gè)單一的工廠函數(shù)中處理，允許應(yīng)用程序在不知道精確的類層次結(jié)構(gòu)和多態(tài)設(shè)計(jì)是如何工作的情況下進(jìn)行構(gòu)建。

下面是如何通過這個(gè)工廠函數(shù)構(gòu)建一副牌的示例：

deck = [card(rank, suit) for rank in range(1,14) for suit in (Club, Diamond, Heart, Spade)]

它枚舉了所有的牌值和花色來創(chuàng)建完整的52張牌。

注意card()函數(shù)里面的if語句結(jié)構(gòu)。我們沒有使用“包羅萬象”的else子句來做任何處理；我們只是拋出異常。使用“包羅萬象”的else子句會(huì)引出相關(guān)的小爭論。

一方面，從屬于else子句的條件不能不言而喻，因?yàn)樗赡茈[藏著細(xì)微的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。另一方面，一些else子句確實(shí)是顯而易見的。

重要的是要避免含糊的else子句。

考慮下面工廠函數(shù)定義的變體：

def card2(rank, suit):
    if rank == 1: 
        return AceCard("A", suit)
    elif 2 <= rank < 11: 
        return NumberCard(str(rank), suit)
    else:
        name = {11: "J", 12: "Q", 13: "K"}[rank]
        return FaceCard(name, suit)

以下是當(dāng)我們嘗試創(chuàng)建整副牌將會(huì)發(fā)生的事情：

deck2 = [card2(rank, suit) for rank in range(13) for suit in (Club, Diamond, Heart, Spade)]

它起作用了嗎？如果if條件更復(fù)雜了呢？

一些程序員掃視的時(shí)候可以理解這個(gè)if語句。其他人將難以確定是否所有情況都正確執(zhí)行了。

對(duì)于Python高級(jí)編程，我們不應(yīng)該把它留給讀者去演繹條件是否適用于else子句。對(duì)于菜鳥來說條件應(yīng)該是顯而易見的，至少也應(yīng)該是顯式的。

何時(shí)使用“包羅萬象”的else

盡量的少使用，使用它只有當(dāng)條件是顯而易見的時(shí)候。當(dāng)有疑問時(shí)，顯式的使用并拋出異常。

避免含糊的else子句。

我們的工廠函數(shù)card()是兩種常見工廠設(shè)計(jì)模式的混合物:

if-elif序列

映射

為了簡單起見，最好是專注于這些技術(shù)的一個(gè)而不是兩個(gè)。

我們總是可以用映射來代替elif條件。（是的，總是。但相反是不正確的；改變elif條件為映射將是具有挑戰(zhàn)性的。）

以下是沒有映射的Card工廠：

def card3(rank, suit):
    if rank == 1: 
        return AceCard("A", suit)
    elif 2 <= rank < 11: 
        return NumberCard(str(rank), suit)
    elif rank == 11:
        return FaceCard("J", suit)
    elif rank == 12:
        return FaceCard("Q", suit)
    elif rank == 13:
        return FaceCard("K", suit)
    else:
        raise Exception("Rank out of range")

我們重寫了card()工廠函數(shù)。映射已經(jīng)轉(zhuǎn)化為額外的elif子句。這個(gè)函數(shù)有個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它比之前的版本更加一致。

在一些示例中，我們可以使用映射來代替一連串的elif條件。很可能發(fā)現(xiàn)條件太復(fù)雜，這個(gè)時(shí)候或許只有使用一連串的elif條件來表達(dá)才是明智的選擇。對(duì)于簡單示例，無論如何，映射可以做的更好且可讀性更強(qiáng)。

因?yàn)?b>class是最好的對(duì)象，我們可以很容易的映射rank參數(shù)到已經(jīng)構(gòu)造好的類中。

以下是僅使用映射的Card工廠：

 def card4(rank, suit):
    class_ = {1: AceCard, 11: FaceCard, 12: FaceCard, 13: FaceCard}.get(rank, NumberCard)
    return class_(rank, suit)

我們已經(jīng)映射rank對(duì)象到類中。然后，我們給類傳遞rank值和suit值來創(chuàng)建最終的Card實(shí)例。

最好我們使用defaultdict類。無論如何，對(duì)于微不足道的靜態(tài)映射不會(huì)比這更簡單了。看起來像下面代碼片段那樣：

defaultdict(lambda: NumberCard, {1: AceCard, 11: FaceCard, 12: FaceCard, 12: FaceCard})

注意：defaultdict類默認(rèn)必須是無參數(shù)的函數(shù)。我們已經(jīng)使用了lambda創(chuàng)建必要的函數(shù)來封裝常量。這個(gè)函數(shù)，無論如何，都有一些缺陷。對(duì)于我們之前版本中缺少1到A和13到K的轉(zhuǎn)換。當(dāng)我們?cè)噲D增加這些特性時(shí)，一定會(huì)出現(xiàn)問題的。

我們需要修改映射來提供可以和字符串版本的rank對(duì)象一樣的Card子類。對(duì)于這兩部分的映射我們還可以做什么？有四種常見解決方案：

可以做兩個(gè)并行的映射。我們不建議這樣，但是會(huì)強(qiáng)調(diào)展示不可取的地方。

可以映射個(gè)二元組。這個(gè)同樣也會(huì)有一些缺點(diǎn)。

可以映射到partial()函數(shù)。partial()函數(shù)是functools模塊的一個(gè)特性。

可以考慮修改我們的類定義，這種映射更容易?？梢栽谙乱还?jié)將__init__()置入子類定義中看到。

我們來看看每一個(gè)具體的例子。

以下是兩個(gè)并行映射解決方案的關(guān)鍵代碼：

class_ = {1: AceCard, 11: FaceCard, 12: FaceCard, 13: FaceCard}.get(rank, NumberCard)
rank_str = {1:"A", 11:"J", 12:"Q", 13:"K"}.get(rank, str(rank))
return class_(rank_str, suit)

這并不可取的。它涉及到重復(fù)映射鍵1、11、12和13序列。重復(fù)是糟糕的，因?yàn)樵谲浖潞蟛⑿薪Y(jié)構(gòu)依然保持這種方式。

不要使用并行結(jié)構(gòu)

并行結(jié)構(gòu)必須使用元組或一些其他合適的集合來替代。

以下是二元組映射的關(guān)鍵代碼：

class_, rank_str= {
    1: (AceCard,"A"),
    11: (FaceCard,"J"),
    12: (FaceCard,"Q"),
    13: (FaceCard,"K"),
}.get(rank, (NumberCard, str(rank)))
return class_(rank_str, suit)

這是相當(dāng)不錯(cuò)的，不需要過多的代碼來分類打牌中的特殊情況。當(dāng)我們需要改變Card類層次結(jié)構(gòu)來添加額外的Card子類時(shí)，我們可以看到它是如何被修改或被擴(kuò)展。

將rank值映射到一個(gè)類對(duì)象的確讓人感覺奇怪，且只有類初始化所需兩個(gè)參數(shù)中的一個(gè)。將牌值映射到一個(gè)簡單的類或沒有提供一些混亂參數(shù)（但不是所有）的函數(shù)對(duì)象似乎會(huì)更合理。

相比映射到函數(shù)的二元組和參數(shù)之一，我們可以創(chuàng)建一個(gè)partial()函數(shù)。這是一個(gè)已經(jīng)提供一些（但不是所有）參數(shù)的函數(shù)。我們將從functools庫中使用partial()函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)帶有rank參數(shù)的partial類。

以下是將rank映射到partial()函數(shù)，可用于對(duì)象創(chuàng)建：

from functools import partial

part_class = {
   1: partial(AceCard, "A"),
   11: partial(FaceCard, "J"),
   12: partial(FaceCard, "Q"),
   13: partial(FaceCard, "K"),
}.get(rank, partial(NumberCard, str(rank)))
return part_class(suit)

映射將rank對(duì)象與partial()函數(shù)聯(lián)系在一起，并分配給part_class。這個(gè)partial()函數(shù)可以被應(yīng)用到suit對(duì)象來創(chuàng)建最終的對(duì)象。partial()函數(shù)是一種常見的函數(shù)式編程技術(shù)。它在我們有一個(gè)函數(shù)來替代對(duì)象方法這一特定的情況下使用。

不過總體而言，partial()函數(shù)對(duì)于大多數(shù)面向?qū)ο缶幊滩]有什么幫助。相比創(chuàng)建partial()函數(shù)，我們可以簡單地更新類的方法來接受不同組合的參數(shù)。partial()函數(shù)類似于給對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)流暢的接口。

在某些情況下，我們?cè)O(shè)計(jì)的類在方法使用上定義好了順序，按順序求方法的值很像partial()函數(shù)。

在一個(gè)對(duì)象表示法中我們可能會(huì)有x.a().b()。我們可以把它當(dāng)成x(a, b)。x.a()函數(shù)是等待b()的一類partial()函數(shù)。我們可以認(rèn)為它就像x(a)(b)那樣。

這里的概念是，Python給我們提供兩種選擇來管理狀態(tài)。我們既可以更新對(duì)象又可以創(chuàng)建有狀態(tài)性的（在某種程度上）partial()函數(shù)。由于這種等價(jià)，我們可以重寫partial()函數(shù)到一個(gè)流暢的工廠對(duì)象中。使得rank對(duì)象的設(shè)置為一個(gè)流暢的方法來返回self。設(shè)置suit對(duì)象將真實(shí)的創(chuàng)建Card實(shí)例。

以下是一個(gè)流暢的Card工廠類，有兩個(gè)方法函數(shù)，必須在特定順序中使用：

class CardFactory:
    def rank(self, rank):
        self.class_, self.rank_str = {
            1: (AceCard, "A"),
            11: (FaceCard,"J"),
            12: (FaceCard,"Q"),
            13: (FaceCard,"K"),
        }.get(rank, (NumberCard, str(rank)))
        return self
    def suit(self, suit):
        return self.class_(self.rank_str, suit)

rank()方法更新構(gòu)造函數(shù)的狀態(tài)，suit()方法真實(shí)的創(chuàng)建了最終的Card對(duì)象。

這個(gè)工廠類可以像下面這樣使用：

card8 = CardFactory()
deck8 = [card8.rank(r+1).suit(s) for r in range(13) for s in (Club, Diamond, Heart, Spade)]

首先，我們創(chuàng)建一個(gè)工廠實(shí)例，然后我們使用那個(gè)實(shí)例創(chuàng)建Card實(shí)例。這并沒有實(shí)質(zhì)性改變__init__()在Card類層次結(jié)構(gòu)中的運(yùn)作方式。然而，它確實(shí)改變了我們應(yīng)用程序創(chuàng)建對(duì)象的方式。