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【C++设计模式 – 工厂（Factory）模式】—— 对象创建的优雅解耦方案

news 来源：原创 2025/5/15 7:02:45

【C++设计模式 – 工厂（Factory）模式】—— 对象创建的优雅解耦方案

工厂模式

什么是工厂模式？

工厂模式是一种创建型设计模式，其核心目标是将对象的实例化过程从使用对象的代码中解耦，通过统一接口实现对象的动态创建。该模式适用于需要根据不同条件生成不同类对象的场景，使系统更符合“开闭原则”（对扩展开放，对修改关闭）。

工厂模式的特点

封装创建过程：将对象的创建逻辑集中在工厂类中，避免业务代码与具体类耦合。多态性支持：通过接口或基类定义产品对象，允许灵活替换具体实现。扩展性强：新增产品类型时无需修改客户端代码，只需扩展工厂即可。标准化生产：所有产品遵循统一接口，确保使用一致性。

为何选择工厂模式？

降低耦合性：客户端无需关注对象创建细节，只需通过接口使用。集中管控：统一管理对象的创建逻辑，便于维护和权限控制（如资源复用）。灵活扩展：新增产品时只需新增工厂类或方法，无需改动已有代码。条件分支优化：替代代码中复杂的if-else或switch条件判断，提升可读性。

工厂模式的不足

类数量膨胀：每增加一个产品可能需要新增工厂类，增加代码复杂度。理解成本：需设计合理的继承层次，过度设计可能影响开发效率。抽象限制：产品必须基于同一接口，若差异过大可能难以抽象。

工厂模式的实现

简单工厂模式（非严格设计模式）
通过单一工厂类根据参数返回不同产品实例。

#include <iostream>

// 抽象产品类
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Shape() = default;
};

// 具体产品：圆形
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override { std::cout << "Drawing Circle\n"; }
};

// 具体产品：矩形
class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override { std::cout << "Drawing Rectangle\n"; }
};

// 简单工厂
class ShapeFactory {
public:
    static Shape* createShape(const std::string& type) {
        if (type == "Circle") return new Circle();
        if (type == "Rectangle") return new Rectangle();
        return nullptr; 
    }
};

int main() {
    Shape* circle = ShapeFactory::createShape("Circle");
    Shape* rect = ShapeFactory::createShape("Rectangle");

    circle->draw(); // "Drawing Circle"
    rect->draw();   // "Drawing Rectangle"

    delete circle, delete rect;
    return 0;
}

**特点：**实现简单但违反开闭原则（新增类型需修改工厂逻辑）。

工厂方法模式（Factory Method）
定义抽象工厂接口，由子类决定实例化哪个类。

#include <iostream>

// 抽象产品
class Button {
public:
    virtual void render() = 0;
    virtual ~Button() = default;
};

// 具体产品：Windows按钮
class WinButton : public Button {
public:
    void render() override { std::cout << "Windows Style Button\n"; }
};

// 具体产品：Mac按钮
class MacButton : public Button {
public:
    void render() override { std::cout << "MacOS Style Button\n"; }
};

// 抽象工厂
class GUIFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
    virtual ~GUIFactory() = default;
};

// 具体工厂：Windows风格
class WinFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new WinButton(); }
};

// 具体工厂：Mac风格
class MacFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new MacButton(); }
};

// 客户端代码
void Application(GUIFactory& factory) {
    Button* btn = factory.createButton();
    btn->render();
    delete btn;
}

int main() {
    WinFactory win;
    MacFactory mac;

    Application(win); // 输出：Windows Style Button
    Application(mac); // 输出：MacOS Style Button

    return 0;
}

**优势：**遵循开闭原则，新增产品无需修改现有工厂。

抽象工厂模式（Abstract Factory）
用于创建产品族（多组相关对象），确保产品间的兼容性。

#include <iostream>

// 抽象产品：按钮
class Button { /* 同工厂方法示例 */ };

// 抽象产品：文本框
class TextBox {
public:
    virtual void input() = 0;
    virtual ~TextBox() = default;
};

// Windows组件
class WinButton : public Button { /* ... */ };
class WinTextBox : public TextBox {
public:
    void input() override { std::cout << "Windows TextBox\n"; }
};

// Mac组件
class MacButton : public Button { /* ... */ };
class MacTextBox : public TextBox {
public:
    void input() override { std::cout << "MacOS TextBox\n"; }
};

// 抽象工厂接口
class GUIFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
    virtual TextBox* createTextBox() = 0;
    virtual ~GUIFactory() = default;
};

// 具体工厂实现
class WinFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new WinButton(); }
    TextBox* createTextBox() override { return new WinTextBox(); }
};

class MacFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new MacButton(); }
    TextBox* createTextBox() override { return new MacTextBox(); }
};

// 使用示例
void CreateUI(GUIFactory& factory) {
    Button* btn = factory.createButton();
    TextBox* tb = factory.createTextBox();
    btn->render();
    tb->input();
    delete btn, delete tb;
}

int main() {
    WinFactory winFac;
    MacFactory macFac;

    CreateUI(winFac); // 输出Windows系列组件
    CreateUI(macFac); // 输出Mac系列组件

    return 0;
}

适用场景：需要确保多个关联产品协同工作（如跨平台UI组件）。

工厂模式的选择策略

模式类型	适用场景	复杂度
简单工厂	产品类型固定且数量较少	低
工厂方法	需要支持新产品的灵活添加	中
抽象工厂	需创建一组高度关联的复杂对象	高