C++设计模式（工厂模式）

一、介绍

1.动机

在软件系统中，经常面临着创建对象的工作，这些对象有可能是一系列相互依赖的对象；由于需求的变化，需要创建的对象的具体类型经常变化，同时也可能会有更多系列的对象需要被创建。

如何应对这种变化？如何绕过常规的对象创建方法(new)，提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“具体对象创建工作”的紧耦合？

 

2.定义

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使得一个类的实例化延迟到子类。——GOF

抽象工厂模式：提供一个接口，让该接口负责创建一系列“相关或者相互依赖的对象”，无需指定它们具体的类。——GOF

 

3.结构图

工厂方法模式：

抽象工厂模式：

 

4.要点总结

工厂方法模式：

• Factory Method模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型，紧耦合关系(new)会导致软件的脆弱。
• Factory Method模式通过面向对象的手法，将创建具体对象的工作延迟到子类，从而实现一种扩展(而非更改)的策略，较好地解决了这种紧耦合关系。
• Factory Method模式解决“单个对象”的需求变化，缺点在于要求创建方法/参数相同。

抽象工厂模式：

• 如果没有应对“多系列对象构建”的需求变化，则没有必要使用Abstract Factory模式，这时候使用简单的工厂完全可以。
• “系列对象”指的是在某一特定系列下的对象之间有相互依赖或相互作用的关系，不同系列的对象之间不能相互依赖。
• Abstract Factory模式主要在于应对“新系列”的需求变动，其缺点在于难以应对“新对象”的需求变动。

 

 

二、工厂模式

1.概念

工厂模式避免直接使用new运算符来创建产品对象，它提供一个抽象的工厂接口来创建和管理对象的实例化，同时也支持对创建逻辑的封装和扩展。

①工厂模式的优点：

• 解耦：客户端代码与具体产品的创建逻辑分离，只依赖于抽象产品和工厂接口。
• 扩展性：增加新产品时只需添加新的具体产品类和相应的具体工厂类，不需要修改现有代码。
• 重用性：同一个工厂类可以用来创建多个产品，提高代码的复用率。

②工厂模式的缺点：

• 增加类的数量：可能导致系统中类的数量增加，尤其是在使用抽象工厂模式时。
• 复杂性：引入额外的抽象层，可能会增加理解和维护的复杂性。

 

2.实现要点

• 抽象产品：定义一个抽象产品类，它将作为具体产品的共同基类或接口。
• 具体产品：为每个具体的产品实现一个类，这些类将继承或实现抽象产品类。
• 抽象工厂：创建一个抽象工厂类，它将提供创建产品的接口。
• 具体工厂：实现抽象工厂中定义的方法，创建具体的产品对象。
• 客户端：使用工厂方法来创建对象，但不需要知道具体产品的类。

工厂模式可以分为三种类型：简单工厂模式、工厂方法模式及抽象工厂模式。

 

3.简单工厂模式

通过一个工厂类来创建不同类型的产品实例，根据传递的参数来决定创建哪种具体的产品。

//文具类（抽象产品）
class Stationery {
public:virtual void use() = 0;virtual ~Stationery() {}
};//钢笔类（具体产品）
class Pen :public Stationery {
public:Pen() {cout << "Pen()" << endl;}virtual ~Pen() {cout << "~Pen()" << endl;}virtual void use() override{cout << "Use pen." << endl;}
};//铅笔类（具体产品）
class Pencil :public Stationery {
public:Pencil() {cout << "Pencil()" << endl;}virtual ~Pencil() {cout << "~Pencil()" << endl;}virtual void use() override {cout << "Use pencil." << endl;}
};//枚举类型
enum StationeryType {PEN,PENCIL
};//文具工厂类
class StationeryFactory {
public:static shared_ptr<Stationery> createStationery(StationeryType type) {switch (type) {case PENCIL:return shared_ptr<Stationery>(new Pencil);break;case PEN:return shared_ptr<Stationery>(new Pen);break;defalut:return nullptr;break;}}
};

 测试代码：

shared_ptr<Stationery> pen = StationeryFactory::createStationery(PEN);
pen->use();
shared_ptr<Stationery> pencil = StationeryFactory::createStationery(PENCIL);
pencil->use();

 输出结果；

Pen()
Use pen.
Pencil()
Use pencil.
~Pencil()
~Pen()

 

4.工厂方法模式

将创建具体产品的任务分发给具体的产品工厂，每个具体工厂负责创建对应的具体产品对象。

//交通工具类（抽象类）
class Vehicle {
public:virtual void run() = 0;virtual ~Vehicle() {}
};//汽车类（具体类）
class Car :public Vehicle {
public:virtual void run() override {cout << "The car is running." << endl;}
};//自行车类（具体类）
class Bicycle :public Vehicle {
public:virtual void run() override {cout << "The bicycle is moving." << endl;}
};//交通工具工厂（抽象工厂）
class VehicleFactory {
public:virtual Vehicle* createVehicle() = 0;virtual ~VehicleFactory() {}
};//汽车工厂（具体工厂）
class CarFactory :public VehicleFactory {
public:virtual Vehicle* createVehicle() override {return new Car();}
};//自行车工厂（具体工厂）
class BicycleFactory :public VehicleFactory {
public:virtual Vehicle* createVehicle() override {return new Bicycle();}
};

测试代码： 

VehicleFactory* carFactory = new CarFactory();
Vehicle* car = carFactory->createVehicle();
car->run();
delete car;
delete carFactory;VehicleFactory* bicycleFactory = new BicycleFactory();
Vehicle* bicycle = bicycleFactory->createVehicle();
bicycle->run();
delete bicycle;
delete bicycleFactory;

输出结果： 

The car is running.
The bicycle is moving.

 

5.抽象工厂模式

提供一个抽象的工厂接口以及多个具体工厂类，每个具体工厂类负责创建一种或多种产品。

//桌子类（抽象类）
class Table {
public:virtual void display() = 0;virtual ~Table() {}
};//现代风格桌子（具体类）
class ModernTable :public Table {
public:virtual void display() override {cout << "A modern style table." << endl;}
};//古典风格桌子（具体类）
class ClassicalTable :public Table {
public:virtual void display() override {cout << "A classical style table." << endl;}
};//椅子类（抽象类）
class Chair {
public:virtual void sit() = 0;virtual ~Chair() {}
};//现代风格椅子（具体类）
class ModernChair :public Chair {
public:virtual void sit() override {cout << "Sitting on modern style chair." << endl;}
};//古典风格椅子（具体类）
class ClassicalChair :public Chair {
public:virtual void sit() override {cout << "Sitting on classical style chair." << endl;}
};//沙发类（抽象类）
class Sofa {
public:virtual void relax() = 0;virtual ~Sofa() {}
};//现代风格沙发（具体类）
class ModernSofa :public Sofa {
public:virtual void relax() override {cout << "Relaxing on modern style sofa." << endl;}
};//古典风格沙发（具体类）
class ClassicalSofa :public Sofa {
public:virtual void relax() override {cout << "Relaxing on Classical style sofa." << endl;}
};//家具工厂（抽象工厂）
class FurnitureFactory {
public:virtual Table* createTable() = 0;virtual Chair* createChair() = 0;virtual Sofa* createSofa() = 0;virtual ~FurnitureFactory() {}
};//现代风格家具工厂（具体工厂）
class ModernFurnitureFactory :public FurnitureFactory {
public:virtual Table* createTable() override {return new ModernTable;}virtual Chair* createChair() override {return new ModernChair;}virtual Sofa* createSofa() override {return new ModernSofa;}
};//古典风格家具工厂（具体工厂）
class ClassicalFurnitureFactory :public FurnitureFactory {
public:virtual Table* createTable() override {return new ClassicalTable;}virtual Chair* createChair() override {return new ClassicalChair;}virtual Sofa* createSofa() override {return new ClassicalSofa;}
};

测试代码： 

FurnitureFactory* modernFactory = new ModernFurnitureFactory();
Table* modernTable = modernFactory->createTable();
Chair* modernChair = modernFactory->createChair();
Sofa* modernSofa = modernFactory->createSofa();
modernTable->display();
modernChair->sit();
modernSofa->relax();
delete modernTable;
delete modernChair;
delete modernSofa;FurnitureFactory* classicalFactory = new ClassicalFurnitureFactory();
Table* classicalTable = new ClassicalTable();
Chair* classicalChair = new ClassicalChair();
Sofa* classicalSofa = new ClassicalSofa();
classicalTable->display();
classicalChair->sit();
classicalSofa->relax();
delete classicalTable;
delete classicalChair;
delete classicalSofa;

 输出结果：

A modern style table.
Sitting on modern style chair.
Relaxing on modern style sofa.
A classical style table.
Sitting on classical style chair.
Relaxing on Classical style sofa.