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设计模式-对象创建

news 来源：原创 2025/5/14 12:09:41

对象创建

  • 前言
  • 1. Factory Method
    • 1.1 模式介绍
    • 1.2 模式代码
      • 1.2.1 问题代码
      • 1.2.2 重构代码
    • 1.3 模式类图
    • 1.4 要点总结
  • 2. Abstract Factory
    • 2.1 模式介绍
    • 2.2 模式代码
      • 2.2.1 问题代码
      • 2.2.2 重构代码
    • 2.3 模式类图
    • 2.4 要点总结
  • 3. Prototype
    • 3.1 模式介绍
    • 3.2 模式代码
    • 3.3 模式类图
    • 3.4 要点总结
  • 4. Builder
    • 4.1 模式介绍
    • 4.2 模式代码
    • 4.3 模式类图
    • 4.4 要点总结

前言

“对象创建”模式:
通过“对象创建” 模式绕开new，来避免对象创建（new）过程中所导致的紧耦合（依赖具体类），从而支持对象创建的稳定。它是接口抽象之后的第一步工作。

典型模式：

  • Factory Method 工厂方法
  • Abstract Factory 抽象工厂
  • Prototype
  • Builder

1. Factory Method

1.1 模式介绍

动机：在软件系统中，经常面临着创建对象的工作；由于需求的变化，需要创建的对象的具体类型经常变化。

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？

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（目的：解耦，手段：虚函数）到子类。

——《设计模式》GoF

1.2 模式代码

1.2.1 问题代码

class ISplitter{
    public:
        virtual void split()=0;
        virtual ~ISplitter(){}
    };
    
    class BinarySplitter : public ISplitter{
        
    };
    
    class TxtSplitter: public ISplitter{
        
    };
    
    class PictureSplitter: public ISplitter{
        
    };
    
    class VideoSplitter: public ISplitter{
        
    };
    
    

class MainForm : public Form
{
	TextBox* txtFilePath;
	TextBox* txtFileNumber;
	ProgressBar* progressBar;

public:
	void Button1_Click(){


        
		ISplitter * splitter=
            new BinarySplitter();//依赖具体类
        
        splitter->split();

	}
};

你有一个按钮，点击按钮以后可以对二进制文件、文本文件、图片文件、视频文件进行分割，如果按照上述代码进行编写，其依赖具体类，如果你想增加其他文件格式方法时，得修改button里的方法，这会使得封装性被破坏

1.2.2 重构代码

//抽象类
class ISplitter{
    public:
        virtual void split()=0;
        virtual ~ISplitter(){}
    };
    
    
//工厂基类
class SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter()=0;
    virtual ~SplitterFactory(){}
};

//具体类
class BinarySplitter : public ISplitter{
    virtual void split()
    {}

};

class TxtSplitter: public ISplitter{
    virtual void split()
    {}
};

class PictureSplitter: public ISplitter{
    virtual void split()
    {}
};

class VideoSplitter: public ISplitter{
    virtual void split()
    {}
};

//具体工厂
class BinarySplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new BinarySplitter();
    }
};

class TxtSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new TxtSplitter();
    }
};

class PictureSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new PictureSplitter();
    }
};

class VideoSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new VideoSplitter();
    }
};

class MainForm : public Form
{
    SplitterFactory*  factory;//工厂

public:
    
    MainForm(SplitterFactory*  factory){
        this->factory=factory;
    }
    
	void Button1_Click(){

        
		ISplitter * splitter=
            factory->CreateSplitter(); //多态new
        
        splitter->split();

	}
};

解决方法：设计一个工厂基类，声明一个创建对象的接口，对象基础工厂基类，实现创建对象的方法，即可实现运行时绑定

1.3 模式类图

在这里插入图片描述

1.4 要点总结

  • 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，将所要创建的具体对象工作延迟到子类，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。

2. Abstract Factory

2.1 模式介绍

动机：在软件系统中，经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作；同时，由于需求的变化，往往存在更多系列对象的创建工作。

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“多系列具体对象创建工作”的紧耦合？

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。

——《设计模式》GoF

2.2 模式代码

抽象工厂是工厂方法模式的子集，当要创建的对象之间有关联时才使用抽象工厂

2.2.1 问题代码

假设现在要实现SQL处理的功能

问题代码1：直接将类型硬编码到功能里，如果有多种数据库，比如MySQL、Oracle等等，就会不利于扩展

class EmployeeDAO{
    
public:
    vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
        SqlConnection* connection =
            new SqlConnection();
        connection->ConnectionString = "...";

        SqlCommand* command =
            new SqlCommand();
        command->CommandText="...";
        command->SetConnection(connection);

        SqlDataReader* reader = command->ExecuteReader();
        while (reader->Read()){

        }

    }
};

问题代码2：在问题代码1的基础上，使用工厂方法解决依赖具体类问题


//数据库访问有关的基类
class IDBConnection{
    
};
class IDBConnectionFactory{
public:
    virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
};


class IDBCommand{
    
};
class IDBCommandFactory{
public:
    virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
};


class IDataReader{
    
};
class IDataReaderFactory{
public:
    virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
};


//支持SQL Server
class SqlConnection: public IDBConnection{
    
};
class SqlConnectionFactory:public IDBConnectionFactory{
    
};


class SqlCommand: public IDBCommand{
    
};
class SqlCommandFactory:public IDBCommandFactory{
    
};


class SqlDataReader: public IDataReader{
    
};
class SqlDataReaderFactory:public IDataReaderFactory{
    
};

//支持Oracle
class OracleConnection: public IDBConnection{
    
};

class OracleCommand: public IDBCommand{
    
};

class OracleDataReader: public IDataReader{
    
};



class EmployeeDAO{
    IDBConnectionFactory* dbConnectionFactory;
    IDBCommandFactory* dbCommandFactory;
    IDataReaderFactory* dataReaderFactory;
    
    
public:
    vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
        IDBConnection* connection =
            dbConnectionFactory->CreateDBConnection();
        connection->ConnectionString("...");

        IDBCommand* command =
            dbCommandFactory->CreateDBCommand();
        command->CommandText("...");
        command->SetConnection(connection); //关联性

        IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader(); //关联性
        while (reader->Read()){

        }

    }
};

如果传递的dbConnectionFactory、dbCommandFactory、dataReaderFactory不是同一系列的就会出问题，例如一部分是MySQL对象，一部分是Oracle对象

2.2.2 重构代码


//数据库访问有关的基类
class IDBConnection{
    
};

class IDBCommand{
    
};

class IDataReader{
    
};


class IDBFactory{
public:
    virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
    virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
    virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
    
};


//支持SQL Server
class SqlConnection: public IDBConnection{
    
};
class SqlCommand: public IDBCommand{
    
};
class SqlDataReader: public IDataReader{
    
};


class SqlDBFactory:public IDBFactory{
public:
    virtual IDBConnection* CreateDBConnection()=0;
    virtual IDBCommand* CreateDBCommand()=0;
    virtual IDataReader* CreateDataReader()=0;
 
};

//支持Oracle
class OracleConnection: public IDBConnection{
    
};

class OracleCommand: public IDBCommand{
    
};

class OracleDataReader: public IDataReader{
    
};



class EmployeeDAO{
    IDBFactory* dbFactory;
    
public:
    vector<EmployeeDO> GetEmployees(){
        IDBConnection* connection =
            dbFactory->CreateDBConnection();
        connection->ConnectionString("...");

        IDBCommand* command =
            dbFactory->CreateDBCommand();
        command->CommandText("...");
        command->SetConnection(connection); //关联性

        IDBDataReader* reader = command->ExecuteReader(); //关联性
        while (reader->Read()){

        }

    }
};

将一系列方法封装在一起，这便是抽象工厂模式

2.3 模式类图

在这里插入图片描述

2.4 要点总结

  • 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。

3. Prototype

3.1 模式介绍

原型是一种创建型设计模式，它允许您复制现有对象，而不使您的代码依赖于它们的类。

问题：
假设你有一个对象，你想创建它的一个精确副本。你会怎么做？首先，你必须创建一个相同类的新对象。然后你必须遍历原始对象的所有字段并将其值复制到新对象。

很好！但是有一个问题。并非所有对象都可以通过这种方式复制，因为某些对象的字段可能是私有的，从对象本身外部不可见。
在这里插入图片描述

直接方法还有一个问题。由于您必须知道对象的类才能创建副本，因此您的代码将依赖于该类。如果额外的依赖关系不吓到您，那么还有另一个问题。有时您只知道对象遵循的接口，但不知道其具体类，例如，当方法中的参数接受遵循某个接口的任何对象时。

3.2 模式代码


//抽象类
class ISplitter{
public:
    virtual void split()=0;
    virtual ISplitter* clone()=0; //通过克隆自己来创建对象
    
    virtual ~ISplitter(){}

};
    
    
    
    

//具体类
class BinarySplitter : public ISplitter{
public:
    virtual ISplitter* clone(){
        return new BinarySplitter(*this);
    }
    virtual void split()
    {}
};
    
class TxtSplitter: public ISplitter{
public:
    virtual ISplitter* clone(){
        return new TxtSplitter(*this);
    }
    virtual void split()
    {}
};

class PictureSplitter: public ISplitter{
public:
    virtual ISplitter* clone(){
        return new PictureSplitter(*this);
    }
    virtual void split()
    {}
};

class VideoSplitter: public ISplitter{
public:
    virtual ISplitter* clone(){
        return new VideoSplitter(*this);
    }
    virtual void split()
    {}
};

    
    

class MainForm : public Form
{
    ISplitter*  prototype;//原型对象

public:
    
    MainForm(ISplitter*  prototype){
        this->prototype=prototype;
    }
    
	void Button1_Click(){

		ISplitter * splitter=
            prototype->clone(); //克隆原型
        
        splitter->split();

	}
};

3.3 模式类图

在这里插入图片描述

3.4 要点总结

  • 您可以克隆对象而不与其具体类耦合。
  • 您可以摆脱重复的初始化代码，转而克隆预先构建的原型。
  • 您可以更加方便地制作复杂的物体。
  • 处理复杂对象的配置预设时，您可以获得继承的替代方法。

4. Builder

4.1 模式介绍

动机：在软件系统中，有时候面临着“一个复杂对象”的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。

如何应对这种变化？如何提供一种“封装机制”来隔离出“复杂对象的各个部分”的变化，从而保持系统中的“稳定构建算法”不随着需求改变而改变？

将一个复杂对象的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程(稳定)可以创建不同的表示(变化)。

——《设计模式》GoF

4.2 模式代码

class House{
    //....
};

class HouseBuilder {
public:
    House* GetResult(){
        return pHouse;
    }
    virtual ~HouseBuilder(){}
protected:
    
    House* pHouse;
	virtual void BuildPart1()=0;
    virtual void BuildPart2()=0;
    virtual void BuildPart3()=0;
    virtual void BuildPart4()=0;
    virtual void BuildPart5()=0;
	
};

class StoneHouse: public House{
    
};

class StoneHouseBuilder: public HouseBuilder{
protected:
    
    virtual void BuildPart1(){
        //pHouse->Part1 = ...;
    }
    virtual void BuildPart2(){
        
    }
    virtual void BuildPart3(){
        
    }
    virtual void BuildPart4(){
        
    }
    virtual void BuildPart5(){
        
    }
    
};


class HouseDirector{
    
public:
    HouseBuilder* pHouseBuilder;
    
    HouseDirector(HouseBuilder* pHouseBuilder){
        this->pHouseBuilder=pHouseBuilder;
    }
    
    House* Construct(){
        
        pHouseBuilder->BuildPart1();
        
        for (int i = 0; i < 4; i++){
            pHouseBuilder->BuildPart2();
        }
        
        bool flag=pHouseBuilder->BuildPart3();
        
        if(flag){
            pHouseBuilder->BuildPart4();
        }
        
        pHouseBuilder->BuildPart5();
        
        return pHouseBuilder->GetResult();
    }
};

构建器HouseBuilder负责定义构建House时每个步骤的具体接口（变化）和管理正在构建的对象，由子类继承并实现接口；
HouseDirector负责实现House在构建时的整体流程(不变）

4.3 模式类图

在这里插入图片描述

4.4 要点总结

  • Builder 模式主要用于“分步骤构建一个复杂的对象”。在这其中“分步骤”是一个稳定的算法，而复杂对象的各个部分则经常变化。
  • 变化点在哪里，封装哪里—— Builder模式主要在于应对“复杂对象各个部分”的频繁需求变动。其缺点在于难以应对“分步骤构建算法”的需求变动。
  • 在Builder模式中，要注意不同语言中构造器内调用虚函数的差别（C++ vs. C#) 。

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