【C++设计模式】（四）创建型模式：简单工厂模式，工厂方法模式，抽象工厂模式

（四）创建型模式：简单工厂模式，工厂方法模式，抽象工厂模式

在软件系统中，经常面临着创建对象的工作；由于需求的变化，需要创建的对象的具体类型经常变化。工厂模式的动机在于通过一个专门的工厂类来封装对象的创建过程，以解耦对象的使用和创建，隐藏复杂的对象实例化逻辑，从而提高代码的灵活性和可维护性。通过工厂模式，客户端代码只需与工厂接口或抽象类交互，而不必直接与具体类耦合，这使得系统更易于扩展和修改。

工厂模式可以分为简单工厂模式，工厂方法模式和抽象工厂模式。

简单工厂模式

简单工厂模式（不属于GoF的23种设计模式）：工厂类根据输入的参数决定创建哪一种产品类的实例。

#include <iostream>
#include <string>// 抽象产品类
class Product {
public:virtual void operation() = 0;virtual ~Product() {}  // 虚析构函数，确保正确释放资源
};// 具体产品类 A
class ConcreteProductA : public Product {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductA operation." << std::endl;}
};// 具体产品类 B
class ConcreteProductB : public Product {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductB operation." << std::endl;}
};// 简单工厂类
class SimpleFactory {
public:// 静态工厂方法，根据传入的字符串类型创建具体的产品对象static Product* createProduct(const std::string& type) {if (type == "A") {return new ConcreteProductA();  // 创建并返回 ConcreteProductA 对象} else if (type == "B") {return new ConcreteProductB();  // 创建并返回 ConcreteProductB 对象} else {return nullptr;        // 如果传入的类型无效，返回空指针}}
};int main() {// 使用简单工厂创建产品 AProduct* productA = SimpleFactory::createProduct("A");if (productA) {productA->operation();delete productA;}// 使用简单工厂创建产品 BProduct* productB = SimpleFactory::createProduct("B");if (productB) {productB->operation();delete productB;}return 0;
}

以上代码通过引入一个工厂类SimpleFactory ，将产品对象A和B 的创建过程封装在工厂方法中，从而实现对象创建与使用的分离。客户端只需要通过工厂来获取对象，无需了解对象的创建细节。

工厂方法模式

简单工厂违反了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭），因为每当需要引入新产品时，都需要修改工厂类。为了避免这个问题，工厂方法模式定义一个抽象工厂类，通过继承得到可以创建不同产品的工厂。

示例

#include <iostream>
#include <string>// 抽象产品类
class Product {
public:virtual void operation() = 0;virtual ~Product() {}  // 虚析构函数，确保正确释放资源
};// 具体产品类 A
class ConcreteProductA : public Product {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductA operation." << std::endl;}
};// 具体产品类 B
class ConcreteProductB : public Product {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductB operation." << std::endl;}
};// 抽象工厂类
class Factory {
public:virtual Product* createProduct() = 0;virtual ~Factory() {}  // 虚析构函数，确保正确释放资源
};// 具体工厂类 A，创建 ConcreteProductA
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:Product* createProduct() override {return new ConcreteProductA();}
};// 具体工厂类 B，创建 ConcreteProductB
class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:Product* createProduct() override {return new ConcreteProductB();}
};int main() {// 使用具体工厂类 A 创建产品 AFactory* factoryA = new ConcreteFactoryA();Product* productA = factoryA->createProduct();productA->operation();delete productA;delete factoryA;// 使用具体工厂类 B 创建产品 BFactory* factoryB = new ConcreteFactoryB();Product* productB = factoryB->createProduct();productB->operation();delete productB;delete factoryB;return 0;
}

这段代码通过定义一个抽象工厂类Factory来声明创建产品对象的接口，具体的产品创建由具体工厂类（ConcreteFactoryA 和 ConcreteFactoryB）来实现。工厂方法模式能在不修改已有代码的情况下，通过增加新的工厂类来创建新的产品类型，实现对开闭原则的遵循。

抽象工厂模式

抽象工厂模式的主要是为了解决在不需要指定具体类的情况下，创建一组相关或依赖对象 (产品族)的需求。它通过提供一个接口来创建一系列相关或依赖对象的工厂，使得客户端可以在不指定具体实现类的情况下，创建产品族中的产品。

#include <iostream>
#include <string>// 抽象产品 A 类
class ProductA {
public:virtual void operation() = 0;virtual ~ProductA() {}  // 虚析构函数，确保正确释放资源
};// 具体产品 A1
class ConcreteProductA1 : public ProductA {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductA1 operation." << std::endl;}
};// 具体产品 A2
class ConcreteProductA2 : public ProductA {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductA2 operation." << std::endl;}
};// 抽象产品 B 类
class ProductB {
public:virtual void operation() = 0;virtual ~ProductB() {} 
};// 具体产品 B1
class ConcreteProductB1 : public ProductB {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductB1 operation." << std::endl;}
};// 具体产品 B2
class ConcreteProductB2 : public ProductB {
public:void operation() override {std::cout << "ConcreteProductB2 operation." << std::endl;}
};// 抽象工厂类
class AbstractFactory {
public:virtual ProductA* createProductA() = 0;virtual ProductB* createProductB() = 0;virtual ~AbstractFactory() {} 
};// 具体工厂 1，创建产品 A1 和 B1
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
public:ProductA* createProductA() override {return new ConcreteProductA1();}ProductB* createProductB() override {return new ConcreteProductB1();}
};// 具体工厂 2，创建产品 A2 和 B2
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
public:ProductA* createProductA() override {return new ConcreteProductA2();}ProductB* createProductB() override {return new ConcreteProductB2();}
};int main() {// 使用具体工厂 1 创建产品 A1 和 B1AbstractFactory* factory1 = new ConcreteFactory1();ProductA* productA1 = factory1->createProductA();ProductB* productB1 = factory1->createProductB();productA1->operation();productB1->operation();delete productA1;delete productB1;delete factory1;// 使用具体工厂 2 创建产品 A2 和 B2AbstractFactory* factory2 = new ConcreteFactory2();ProductA* productA2 = factory2->createProductA();ProductB* productB2 = factory2->createProductB();productA2->operation();productB2->operation();delete productA2;delete productB2;delete factory2;return 0;
}