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C++设计模式_创建型模式_工厂方法模式

news 2026/1/19 17:38:19

namespace _namespace2
{class Monster{public:Monster(int life, int magic, int attack) :m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack) {}virtual ~Monster()  // 基类 析构 虚方法{}protected:int m_life;int m_magic;int m_attack;};class M_Undead : public Monster{public:M_Undead(int life, int magic, int attack) : Monster(life,magic, attack) {cout << "亡灵类动物" << endl;}};class M_Element : public Monster{public:M_Element(int life, int magic, int attack) : Monster(life, magic, attack) {cout << "元素类动物" << endl;}};class M_Mechanic : public Monster{public:M_Mechanic(int life, int magic, int attack) : Monster(life, magic, attack) {cout << "机械类动物" << endl;}};}
void test1()
{_namespace2::Monster *m1 = new _namespace2::M_Undead(300, 100, 100);_namespace2::Monster *m2 = new _namespace2::M_Element(300, 100, 100);_namespace2::Monster *m3 = new _namespace2::M_Mechanic(300, 100, 100);/*亡灵类动物元素类动物机械类动物*/
}

上边使用new + 具体的类名来创建对象，这是一种具体类型的紧耦合关系。

1.2 简单工厂模式

简单工厂模式的实现思路：使用工厂类代替new来实现创建怪物的代码，用户在创建时候，与具体的类对象代码隔离，做到了松耦合。

namespace _namespace1
{class Monster{public:Monster(int life, int magic, int attack) :m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack) {}virtual ~Monster()  // 基类 析构 虚方法{}protected:int m_life;int m_magic;int m_attack;};class M_Undead : public Monster{public:M_Undead(int life, int magic, int attack) : Monster(life,magic, attack) {cout << "亡灵类动物" << endl;}};class M_Element : public Monster{public:M_Element(int life, int magic, int attack) : Monster(life, magic, attack) {cout << "元素类动物" << endl;}};class M_Mechanic : public Monster{public:M_Mechanic(int life, int magic, int attack) : Monster(life, magic, attack) {cout << "机械类动物" << endl;}};// 简单工厂模式class MonsterFactor{public:Monster * createMonster(string strmontype){Monster *ptrobj = nullptr;if (strmontype == "a"){ptrobj = new M_Undead(300, 100, 100);}else if (strmontype == "b"){ptrobj = new M_Element(300, 100, 100);}else if (strmontype == "c"){ptrobj = new M_Mechanic(300, 100, 100);}return ptrobj;}};}
void test2()
{//2  简单工厂模式的实现思路：使用工厂类可以实现创建怪物的代码，用户在创建时候，与具体的类对象要实现的逻辑代码隔离。_namespace1::MonsterFactor fac;_namespace1::Monster *m1 = fac.createMonster("a");_namespace1::Monster *m2 = fac.createMonster("b");_namespace1::Monster *m3 = fac.createMonster("c");
实例化一个工厂对象，然后通过向工厂中传递对应的标识来创建对象。/*亡灵类动物元素类动物机械类动物*/
}

1.3 简单工厂模式利弊分析

如果想新增加一个怪物，需要修改两个位置，首先，新增加一个新的怪物类，然后在工厂类的createMonster() 方法中再增加一个if else。这种做法不符合开闭原则。

开闭原则：代码的扩展性问题：对扩展开发，对修改关闭。当增加新功能，不应该通过修改已经存在的代码，比如在createMonster()中增加if else(), 而是应该通过扩展代码比如增加新类，增加新成员函数来进行扩展。假如上边要增加100个怪物类型，就要增加100个 if else()，这样的做法不可取，如果只增加几个，这样方法也可以，所以应该在代码的可读性和可扩展性之间做出权衡。

上面引入简单工厂模式的意图：定义一个工厂类，改类的成员函数可以根据不同的参数创建并返回不同的类对象，被创建的对象所属的类一般都具有相同的父类，比如上边的三个怪物类都继承自Monster类，调用者无需关系创建对象的细节。

简单工厂模式：实现了创建怪物代码语具体怪物类解耦合的效果，即创建一个类时，用户不必知道类名字，只需调用工厂类接口，将要创建的类的类型传入，即可创建类。

1.4 简单工厂模式的UML图

工厂和类之间是has a 关系。

二、工厂方法模式

工厂方法模式简称工厂模式或多态工厂模式；与简单工厂模式比，灵活性更强，实现也更加复杂，一如更多的新类。每一个工厂类对应了怪物类，比如亡灵类对应的工厂为亡灵工厂类。工厂模式：修改代码不如增加代码好，符合开闭原则。

2.1 工厂模式和简单工厂模式比较

简单工厂模式把创建对象这件事放在一个统一的工厂中处理，每增加一个类，就要在工厂中增加对应的if else语句；而工厂模式相当于创建一个框架，从而让子类来决定给对象如何创建。工厂方法模式往往需要创建一个与产品等级结构（层次）相同的工厂等级结构，这也新增加了新类的层次结构和数目。

2.2 工厂模式代码实现

namespace _sp1
{// 怪物类父类class CMonster{public:CMonster(int life,int maigc,int attack):m_life(life),m_magic(maigc), m_attack(attack){}protected:int m_life;int m_magic;int m_attack;};// 亡灵类class CUnded : public CMonster{public:CUnded(int life, int maigc, int attack) :CMonster(life, maigc, attack){cout << "亡灵类来到世界" << endl;}private:};// 元素类class CEle : public CMonster{public:CEle(int life, int maigc, int attack) :CMonster(life, maigc, attack){cout << "元素类来到世界" << endl;}private:};// 机械类class CMecanical : public CMonster{public:CMecanical(int life, int maigc, int attack) :CMonster(life, maigc, attack){cout << "机械类来到世界" << endl;}};// 简单工厂模式：创建一个工厂类，在工厂类中返回对应的 怪物类；// 工厂方法// 1 创建一个工厂基类；class CFactorMonster{public:virtual CMonster * createMonster() = 0;virtual ~CFactorMonster(){}};// 2 创建每个怪物的工厂class CFactorUnded : public CFactorMonster{public:virtual CMonster * createMonster(){CMonster *ptmp = new CUnded(200,300,400);return ptmp;}};class CFactorCEle : public CFactorMonster{public:virtual CMonster * createMonster(){CMonster *ptmp = new CEle(200, 300, 400);  // 多态return ptmp;}};// 创建一个全局方法CMonster *GlobalCreateMonster(CFactorMonster *factory){return factory->createMonster(); // 多态}
}
void test2()
{// 先 创建一个工厂父类；由于每个工厂具有固定的步骤，所以有工厂父类；_sp1::CFactorMonster *p = new _sp1::CFactorUnded();_sp1::CMonster *pp = p->createMonster();_sp1::CFactorMonster *p2 = new _sp1::CFactorCEle();_sp1::CMonster *pp2 = p2->createMonster();// 工厂模式创建了一个工厂父类，在此基础上，又增加了每个怪物对应的工厂；// 与简单工厂模式比，比之前的复杂，但是灵活性更强，实现了 开闭原则，付出的代价是新增加了每个怪物的工厂类；// 
}

2.3 工厂模式UML

三、抽象工厂模式

使用两个示例来说明和演示什么是抽象工厂模式，场景1是战斗场景模式，场景2是产品类

3.1 战斗场景分类范例1

上边的三种怪物类别分别是：亡灵类，元素类和机械类。现在再将这三类怪物分为不同场景：沼泽地区，山脉地区，城镇地区。这样之前的三类怪物就成了9类怪物，类别如下图所示：

上图中有两个概念：产品等级结构和产品族。

抽象工厂模式按照产品族来生产商品。

一个工厂子类能够创建不止一种而是多种具有相同规则的怪物对象，也就是创建一个产品族的对象，那么就可以有效减少所创建的工厂子类数量，这就是抽象工厂模式的核心思想。

3.1.1 抽象工程代码实现

实现上面9种怪物：

namespace _nsp1
{// 怪物类父类class CMonster{public:CMonster(int life, int maigc, int attack) :m_life(life), m_magic(maigc), m_attack(attack){}protected:int m_life;int m_magic;int m_attack;};/// 下面分别实现这9个类别，每个怪物类都继承自怪物父类// 城镇亡灵类class CMonsterTownUndead : public CMonster{public:CMonsterTownUndead(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个城镇亡灵类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 城镇元素类class CMonsterTownElement : public CMonster{public:CMonsterTownElement(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个城镇元素类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 城镇机械类class CMonsterTownMechanic : public CMonster{public:CMonsterTownMechanic(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个城镇机械类型怪物来到了这个世界" << endl;}};/// 山脉类// 山脉亡灵类class CMonsterMaintainUndead : public CMonster{public:CMonsterMaintainUndead(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个山脉亡灵类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 山脉元素类class CMonsterMaintainElement : public CMonster{public:CMonsterMaintainElement(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个山脉元素类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 山脉机械类class CMonsterMaintainMechanic : public CMonster{public:CMonsterMaintainMechanic(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个山脉机械类型怪物来到了这个世界" << endl;}};/// 沼泽类// 沼泽亡灵类class CMonsterMarshUndead : public CMonster{public:CMonsterMarshUndead(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个沼泽亡灵类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 沼泽元素类class CMonsterMarshElement : public CMonster{public:CMonsterMarshElement(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个沼泽元素类型怪物来到了这个世界" << endl;}};// 沼泽机械类class CMonsterMarshMechanic : public CMonster{public:CMonsterMarshMechanic(int life, int magic, int attack) : CMonster(life, magic, attack){cout << "一个沼泽机械类型怪物来到了这个世界" << endl;}};/// 创建工厂class CMonsterFactory{public:virtual CMonster *createMonsterUndead() = 0;virtual CMonster *createMonsterElement() = 0;virtual CMonster *createMonsterMechanic() = 0;virtual ~CMonsterFactory(){}};// 城镇类工厂:一个工厂能生产一个产品族class CMonsterFactoryTown : public CMonsterFactory{virtual CMonster *createMonsterUndead(){return new CMonsterTownUndead(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMonsterElement(){return new CMonsterTownElement(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMonsterMechanic(){return new CMonsterTownMechanic(100, 100, 100);}};// 山脉类怪物工厂class CMonsterFactoryMaintain : public CMonsterFactory{virtual CMonster *createMonsterUndead(){return new CMonsterMaintainUndead(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMonsterElement(){return new CMonsterMaintainElement(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMonsterMechanic(){return new CMonsterMaintainMechanic(100, 100, 100);}};// 沼泽类怪物工厂class CMonsterFactoryMarsh : public CMonsterFactory{virtual CMonster *createMonsterUndead(){return new CMonsterMarshUndead(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMonsterElement(){return new CMonsterMarshElement(100, 100, 100);}virtual CMonster *createMarshMechanic(){return new CMonsterMaintainMechanic(100, 100, 100);}};}int main()
{_nsp1::CMonsterFactory *pc = new _nsp1::CMonsterFactoryTown();_nsp1::CMonster *pM1 = pc->createMonsterUndead();_nsp1::CMonster *pM2 = pc->createMonsterMechanic();_nsp1::CMonster *pM3 = pc->createMonsterElement();/*一个城镇亡灵类型怪物来到了这个世界一个城镇机械类型怪物来到了这个世界一个城镇元素类型怪物来到了这个世界	*/system("pause");return 0;
}

3.1.2 抽象工厂模式优缺点

1 如果增加一个新场景，比如增加一个森林场景，需要增加三个怪物，CMonsterForestUndead CMonsterForestElement CMonsterForestMechnical等类，然后再创建森林工厂来创建这三个怪物类，这样符合开闭原则。

2 如果增加新怪物，比如增加龙类，不仅要增加三个继承自CMonster的子类，还要修改Factory类，在该类中增加新的虚函数结构，比如createMonsterDragon()，同时各个子工厂中也要实现createMonsterDragon()类，这样的修改不符合开闭原则。

3 只增加一个产品族则符合开闭原则，只需要增加新工厂子类，这是该模式的优点。如果在某个场景中，比如在游戏中，怪物种类比较固定的情况下，更适合使用抽象工厂模式。

3.1.3 抽象工厂模式UML

3.2 抽象工厂范例2

以生产芭比娃娃为例，芭比娃娃由三部分组成，分别是：身体，衣服，鞋子；有三个工厂都能生产芭比娃娃的这三个部分，中国工厂，日本工厂和美国工厂，产品结构图如下：

现在需求，制作两个芭比娃娃，第一个身体，衣服，鞋子全部采用中国厂商制造的部件。第二个芭比娃娃：中国生产的身体部件，日本工厂生产的衣服部件，美国产的鞋子部件。

3.2.1 代码实现

类的设计思路：将身体，衣服，鞋子这三个部件实现为抽象类；实现一个抽象工厂，分别用来生产身体，衣服，鞋子这三个部件。实现这三个厂商的生产的部件。

namespace _namesp1
{// 1 三个组成部件// 身体部件 和 生产工厂class CBody{public:virtual void productName() = 0;virtual ~CBody() {}};class CBody_China : public CBody{public :virtual void productName(){cout << "中国牌身体" << endl;}};class CBody_America : public CBody{public:virtual void productName(){cout << "美国牌身体" << endl;}};class CBody_Japan : public CBody{public:virtual void productName(){cout << "日本牌身体" << endl;}};// 衣服部件 和 生产工厂class CCloth{public:virtual void productName() = 0;virtual ~CCloth() {}};class CCloth_China : public CCloth{public:virtual void productName(){cout << "中国牌衣服" << endl;}};class CCloth_America : public CCloth{public:virtual void productName(){cout << "美国牌衣服" << endl;}};class CCloth_Japan : public CCloth{public:virtual void productName(){cout << "日本牌衣服" << endl;}};// 鞋子部件 和 生产工厂class CShoes{public:virtual void productName() = 0;virtual ~CShoes() {}};class CShoes_China : public CShoes{public:virtual void productName(){cout << "中国牌鞋子" << endl;}};class CShoes_America : public CShoes{public:virtual void productName(){cout << "美国牌鞋子" << endl;}};class CShoes_Japan : public CShoes{public:virtual void productName(){cout << "日本牌鞋子" << endl;}};// 组装芭比娃娃类class CBarbieDoll{public:CBarbieDoll(CBody *body1, CCloth *cloth1, CShoes *shoes1):body(body1),cloth(cloth1),shoes(shoes1) {}// 组成芭比娃娃void composeBar(){cout << "组成一个芭比娃娃" << endl;body->productName();cloth->productName();shoes->productName();}private:CBody *body;CCloth *cloth;CShoes *shoes;};// 抽象工厂类class CAbstractFactory{public:virtual CBody* createBody() = 0;virtual CCloth* createCloth() = 0;virtual CShoes* createShoes() = 0;virtual ~CAbstractFactory(){}};// 中国工厂class ChinaFactory : public CAbstractFactory{public:virtual CBody * createBody(){return new CBody_China;}virtual CCloth * createCloth(){return new CCloth_China;}virtual CShoes * createShoes(){return new CShoes_China;}};// 日本工厂class JapanFactory : public CAbstractFactory{public:virtual CBody * createBody(){return new CBody_Japan;}virtual CCloth * createCloth(){return new CCloth_Japan;}virtual CShoes * createShoes(){return new CShoes_Japan;}};// 美国工厂class AmericaFactory : public CAbstractFactory{public:virtual CBody * createBody(){return new CBody_America;}virtual CCloth * createCloth(){return new CCloth_America;}virtual CShoes * createShoes(){return new CShoes_America;}};
}int main()
{_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);//程序退出时检测内存泄漏并显示到“输出”窗口// 生产第一个娃娃_namesp1::CAbstractFactory *pChinaFactory = new _namesp1::ChinaFactory();_namesp1::CBody *pChinaBody = pChinaFactory->createBody();_namesp1::CCloth *pChinaCloth = pChinaFactory->createCloth();_namesp1::CShoes *pChinaShoes = pChinaFactory->createShoes();// 组装_namesp1::CBarbieDoll *pbar = new _namesp1::CBarbieDoll(pChinaBody, pChinaCloth, pChinaShoes);pbar->composeBar();// 生产第二个娃娃_namesp1::CAbstractFactory *pAmericaFactory = new _namesp1::AmericaFactory();_namesp1::CAbstractFactory *pJapanFactory = new _namesp1::JapanFactory();_namesp1::CBody *pChinaBody2 = pChinaFactory->createBody();_namesp1::CCloth *pChinaCloth2 = pJapanFactory->createCloth();_namesp1::CShoes *pChinaShoes2 = pAmericaFactory->createShoes();// 组装_namesp1::CBarbieDoll *pbar2 = new _namesp1::CBarbieDoll(pChinaBody2, pChinaCloth2, pChinaShoes2);pbar2->composeBar();/*组成一个芭比娃娃
中国牌身体
中国牌衣服
中国牌鞋子
组成一个芭比娃娃
中国牌身体
日本牌衣服
美国牌鞋子*/system("pause");return 0;
}

抽象工厂模式定义：提供一个抽象工厂接口，此接口负责定义一个产品族；

3.2.2 UML

四、三个工厂模式总结

1 代码实现角度：修改工厂模式方法，使得一个工厂支持多个产品，就是抽象工厂模式；

2 从工厂数量来看：简单工厂模式需要的工厂类最少，工厂模式需要的工厂类较多，抽象工厂用来生产一个产品族的产品。

3 从实际项目角度：小项目用简单工厂模式，中大型项目：工厂模式；大型项目：抽象工厂模式。

目录

一、简单工厂模式

1.1 简单工厂模式引入