C++设计模式之创建型模式：工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式（Factory Method）是创建型设计模式的一种，它定义了一个创建对象的接口，但将具体对象的实例化延迟到子类中。这种模式通过封装对象创建过程，实现了“创建与使用分离”，提高了代码的灵活性和可扩展性。

核心角色

工厂方法模式包含4个关键角色：

1. 产品（Product）：定义所有具体产品的公共接口。
2. 具体产品（ConcreteProduct）：实现产品接口的具体类。
3. 工厂（Creator）：声明工厂方法（用于创建产品），返回产品类型。
4. 具体工厂（ConcreteCreator）：实现工厂方法，返回具体产品实例。

实现示例

假设我们需要设计一个文档编辑器，支持创建不同类型的文档（如文本文档、表格文档），使用工厂方法模式的实现如下：

#include <iostream>
#include <string>// 1. 产品接口（Product）
class Document {
public:virtual void open() = 0;virtual void save() = 0;virtual ~Document() = default; // 虚析构函数
};// 2. 具体产品A（ConcreteProduct）
class TextDocument : public Document {
public:void open() override {std::cout << "打开文本文档" << std::endl;}void save() override {std::cout << "保存文本文档" << std::endl;}
};// 2. 具体产品B（ConcreteProduct）
class SpreadsheetDocument : public Document {
public:void open() override {std::cout << "打开表格文档" << std::endl;}void save() override {std::cout << "保存表格文档" << std::endl;}
};// 3. 工厂接口（Creator）
class Application {
public:// 工厂方法（纯虚函数，由子类实现）virtual Document* createDocument() = 0;// 业务方法（使用产品）void newDocument() {Document* doc = createDocument(); // 调用工厂方法创建产品doc->open();// 其他操作...delete doc; // 释放资源}virtual ~Application() = default;
};// 4. 具体工厂A（ConcreteCreator）
class TextEditor : public Application {
public:// 实现工厂方法：创建文本文档Document* createDocument() override {return new TextDocument();}
};// 4. 具体工厂B（ConcreteCreator）
class SpreadsheetEditor : public Application {
public:// 实现工厂方法：创建表格文档Document* createDocument() override {return new SpreadsheetDocument();}
};// 客户端代码
int main() {// 创建文本编辑器（具体工厂）Application* textApp = new TextEditor();textApp->newDocument(); // 内部会创建文本文档// 创建表格编辑器（具体工厂）Application* sheetApp = new SpreadsheetEditor();sheetApp->newDocument(); // 内部会创建表格文档// 释放资源delete textApp;delete sheetApp;return 0;
}

代码解析

1. 产品接口（Document）：定义了所有文档的通用行为（open()、save()）。
2. 具体产品：TextDocument 和 SpreadsheetDocument 分别实现了文本文档和表格文档的具体功能。
3. 工厂接口（Application）：声明了工厂方法 createDocument()，并通过 newDocument() 方法使用产品（体现“创建与使用分离”）。
4. 具体工厂：TextEditor 和 SpreadsheetEditor 分别实现了创建文本文档和表格文档的工厂方法。

核心优势

1. 解耦：客户端无需知道具体产品的类名，只需通过工厂接口创建对象。
2. 可扩展性：新增产品时，只需添加对应的具体产品类和具体工厂类，无需修改现有代码（符合开闭原则）。
3. 灵活性：通过更换具体工厂，可动态改变程序所使用的产品类型。

适用场景

1. 当一个类不知道它所需要创建的对象的具体类型时。
2. 当一个类希望由子类来决定创建哪个对象时。
3. 当需要集中管理对象的创建逻辑，且未来可能扩展更多产品类型时。

与简单工厂模式的区别

• 简单工厂：由一个工厂类根据参数创建不同产品，新增产品需修改工厂类（违反开闭原则）。
• 工厂方法：每个产品对应一个具体工厂，新增产品只需新增工厂类（符合开闭原则）。

工厂方法模式更适合产品类型较多或需要频繁扩展的场景，是对简单工厂模式的进一步抽象和优化。