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工厂方法模式的C++实现示例

news 来源：原创 2025/6/8 17:31:45

核心思想

工厂方法模式是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。工厂方法模式将对象的实例化过程推迟到子类，从而使得子类可以根据需要决定创建哪种对象。

**Product：**定义产品的接口。
**ConcreteProduct：**实现Product接口，是具体的产品。
**Factory：**定义工厂方法，返回一个Product对象。
**ConcreteFactory：**实现工厂方法，返回具体的ConcreteProduct。

工厂方法模式的核心是将对象的创建与使用分离，使得系统更加灵活和可扩展。

使用场景

框架设计：如框架需要定义通用的创建逻辑，但将具体实现留给子类。
可扩展性需求：当系统需要支持多种产品类型，且未来可能新增产品时。
解耦创建逻辑：当对象的创建逻辑复杂，或需要依赖外部资源时。
测试与模拟：在测试中，可以使用工厂方法创建模拟对象。
插件化架构：如插件系统需要动态加载和创建对象。

解决的问题

紧耦合问题：
在传统设计中，客户端直接通过new关键字创建对象，导致客户端与具体类紧耦合。工厂方法模式通过引入工厂接口，解耦了客户端和具体类。

代码重复问题：
如果多个地方需要创建相同的对象，创建逻辑可能分散在各处，导致代码重复。工厂方法模式将创建逻辑集中管理。

扩展性问题：
新增产品类型时，需要修改客户端代码。工厂方法模式允许通过新增子类来扩展系统，而无需修改现有代码。

复杂创建逻辑：
如果对象的创建逻辑复杂（如依赖注入、配置加载等），直接嵌入在客户端代码中会导致代码难以维护。工厂方法模式将复杂逻辑封装在工厂类中。

优点

开闭原则：新增产品类型只需添加新的工厂子类，无需修改现有代码。
解耦：客户端只需依赖工厂接口，而不需要知道具体产品的实现。
复用性：创建逻辑可以在多个上下文中复用。
可测试性：可以通过工厂方法创建模拟对象，便于测试。

缺点

类数量增加：每个产品都需要一个对应的工厂子类，可能导致类的数量增多。
复杂性增加：对于简单对象的创建，使用工厂方法模式可能显得过于复杂。
客户端需要了解工厂：客户端需要知道有哪些工厂，并选择合适的工厂。

示例代码

下面是一个基于C++11的工厂方法模式的示例，展示了如何通过工厂类来创建不同类型的对象。

#include <iostream>
#include <memory>

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

// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:
    void use() override {
        std::cout << "Using ConcreteProductA" << std::endl;
    }
};

// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:
    void use() override {
        std::cout << "Using ConcreteProductB" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂类
class Factory {
public:
    virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() = 0;
    virtual ~Factory() = default;
};

// 具体工厂类A
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:
    std::unique_ptr<Product> createProduct() override {
        return std::make_unique<ConcreteProductA>();
    }
};

// 具体工厂类B
class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:
    std::unique_ptr<Product> createProduct() override {
        return std::make_unique<ConcreteProductB>();
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    std::unique_ptr<Factory> factoryA = std::make_unique<ConcreteFactoryA>();
    std::unique_ptr<Product> productA = factoryA->createProduct();
    productA->use();

    std::unique_ptr<Factory> factoryB = std::make_unique<ConcreteFactoryB>();
    std::unique_ptr<Product> productB = factoryB->createProduct();
    productB->use();

    return 0;
}

代码解析

抽象产品类 Product：定义了产品的接口，所有具体产品类都必须实现 use() 方法。
具体产品类 ConcreteProductA 和 ConcreteProductB：分别实现了 Product 接口，定义了各自的行为。
抽象工厂类 Factory：定义了工厂方法的接口，用于创建产品对象。
具体工厂类 ConcreteFactoryA 和 ConcreteFactoryB：分别实现了 Factory 接口，负责创建具体的产品对象。
客户端代码：通过工厂类创建产品对象，并调用其方法。