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【设计模式】UML类图与工厂模式

news 来源：原创 2025/6/14 15:00:03

UML类图与工厂模式

UML图
设计模式三原则
简单工厂模式
工厂模式

UML图

类封装了数据和行为，是面向对象的重要组成部分，它是具有相同属性、操作、关系的对象集合的总称

有以下UML图，分析如下：

可见性： + 表示public、# 表示protected、- 表示private、__(下划线)表示static
属性的表示方式：【可见性】【属性名称】:【类型】= { 缺省值，可选 }
方法的表示方式：【可见性】【方法名称】(【参数名 : 参数类型，……】）:【返回值类型】

定义的类是一个抽象类（类中有纯虚函数），在画UML类图的时候，类名需要使用斜体显示，并在最后给函数指定=0。

设计模式三原则

单一职责原则

核心思想： 一个类应该只有一个引起它变化的原因（即一个类只负责一项职责）
通俗理解： 即一个类只负责一项职责，一个类不要 “身兼数职”
关键点： 将不同职责分离到不同的类中，职责分离

开闭原则

核心思想： 软件实体（类、模块、函数）应对扩展开放，对修改关闭
通俗理解： 新增功能时尽量通过扩展（如继承、组合）实现，而非修改已有代码

里氏替换原则

核心思想： 子类必须能够替换父类且不影响程序的正确性
通俗理解： 子类要能包含父类的所有属性和方法

三者关系与总结

原则	核心目标	实现手段
单一职责（SRP）	高内聚、低耦合	拆分职责到不同类
开闭原则（OCP）	可扩展性，减少修改风险	依赖抽象，使用多态/组合
里氏替换（LSP）	保证继承体系的正确性	合理设计父子类契约

简单工厂模式

提供一个静态方法或普通方法，根据输入参数（如类型标识）决定创建并返回哪种具体类的实例。

工厂类（SimpleFactory）：负责创建具体产品，包含判断逻辑。
抽象产品（Product）：定义产品的公共接口（通常是抽象类或接口）
具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品的具体类。

简单工厂模式相关类的创建和使用步骤如下：

定义一个抽象产品基类Product，作为各个对象的基类，
创建一个工厂类，并且为工厂类添加公共成员函数，通过这个函数来创建我们需要的对象，这个函数称为工厂函数。简单工厂需要的工厂类只只有一个。
关于工厂函数，返回的是基类指针，以此实现多态，函数体则根据不同的枚举类型创建不同的对象实例
关于使用，首先创建一个工厂类对象，然后通过这个对象调用工厂函数，这样就可以生产出一个指定类型的实例对象了。

相关UML类图与实例代码如下：

#include <bits/stdc++.h>using namespace std;// 从而实现对象的解耦合, 同时增强了程序的扩展性
// 抽象产品接口
class Product {
public:virtual ~Product() = default;virtual void operation() const = 0;
};// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:void operation() const override {cout << "ConcreteProductA operation" << endl;}
};// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:void operation() const override {cout << "ConcreteProductB operation" << endl;}
};// 工厂类
class SimpleFactory {
public:static Product* createProduct(char type) {switch(type){case 'A':	 return new ConcreteProductA();	break;case 'B':	 return new ConcreteProductB();	break;default:	break;}}
};// 客户端代码
int main() {char type;cout << "Enter product type (A or B): ";cin >> type;Product* product = SimpleFactory::createProduct(type);product->operation();delete product;  // 手动释放内存return 0;
}

说明：

基类的析构函数应该是虚函数，这样才能够通过父类指针或引用析构子类的对象。
工厂函数返回值为基类指针，指向子类对象的地址，实现多态
简单工厂模式的工厂函数是违背了开闭原则的

工厂模式

在上面的简单工厂模式的工厂函数中需要创建不同的实例对象，现在如果想要生成更多实例对象，那么就需要在工厂函数的switch语句中添加更多的case，很明显这违背了封闭原则，也就意味着需要基于开放原则来解决这个问题。

简单工厂模式是只有一个工厂类，而工厂模式是有很多的工厂类：

一个基类，包含一个虚工厂函数，用于实现多态。
多个子类，重写父类的工厂函数。每个子工厂类负责生产一种产品的实例对象，这相当于再次解耦，将工厂类的职责再次拆分、细化，如果要生产新品种的恶魔果实，那么只需要添加对应的工厂类，无需修改原有的代码。

相关UML类图与实例代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;// 抽象产品接口
class Product {
public:virtual ~Product() = default;virtual void operation() const = 0;
};// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:void operation() const override {cout << "ConcreteProductA operation" << endl;}
};// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:void operation() const override {cout << "ConcreteProductB operation" << endl;}
};// 工厂接口
class Factory {
public:virtual ~Factory() = default;virtual Product* createProduct() const = 0;
};// 具体工厂类A
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:Product* createProduct() const override {return new ConcreteProductA();}
};// 具体工厂类B
class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:Product* createProduct() const override {return new ConcreteProductB();}
};// 客户端代码
int main() {char type;cout << "Enter product type (A or B): ";cin >> type;Factory* factory = nullptr;if (type == 'A') {factory = new ConcreteFactoryA();} else if (type == 'B') {factory = new ConcreteFactoryB();} else {cerr << "Unknown product type" << endl;return 1;}Product* product = factory->createProduct();product->operation();delete product;  // 手动释放产品对象delete factory;  // 手动释放工厂对象return 0;
}