工厂模式

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1. 简单工厂模式（Simple Factory）

核心思想

• 定义一个工厂类，根据输入参数创建不同的具体对象。
• 客户端不直接调用具体类的构造函数，而是通过工厂类获取对象。

示例代码

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象产品类
class Shape {
public:virtual void draw() = 0;virtual ~Shape() = default;
};// 具体产品类：圆形
class Circle : public Shape {
public:void draw() override {std::cout << "Drawing a Circle" << std::endl;}
};// 具体产品类：矩形
class Rectangle : public Shape {
public:void draw() override {std::cout << "Drawing a Rectangle" << std::endl;}
};// 简单工厂类
class ShapeFactory {
public:enum class Type { Circle, Rectangle };// 创建对象的方法static std::unique_ptr<Shape> createShape(Type type) {switch (type) {case Type::Circle:return std::make_unique<Circle>();case Type::Rectangle:return std::make_unique<Rectangle>();default:throw std::invalid_argument("Invalid shape type");}}
};// 客户端使用
int main() {auto circle = ShapeFactory::createShape(ShapeFactory::Type::Circle);circle->draw();  // Output: Drawing a Circleauto rect = ShapeFactory::createShape(ShapeFactory::Type::Rectangle);rect->draw();    // Output: Drawing a Rectanglereturn 0;
}

特点

• 优点：代码简单，集中管理对象的创建逻辑。
• 缺点：违反开闭原则（新增类型需修改工厂类）。

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2. 工厂方法模式（Factory Method）

核心思想

• 定义一个创建对象的抽象接口，由子类决定具体实例化的类。
• 每个具体产品对应一个具体工厂类。

示例代码

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象产品类
class Button {
public:virtual void render() = 0;virtual ~Button() = default;
};// 具体产品类：Windows 按钮
class WindowsButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Rendering a Windows-style button" << std::endl;}
};// 具体产品类：MacOS 按钮
class MacOSButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Rendering a MacOS-style button" << std::endl;}
};// 抽象工厂类
class ButtonFactory {
public:virtual std::unique_ptr<Button> createButton() = 0;virtual ~ButtonFactory() = default;
};// 具体工厂类：Windows 按钮工厂
class WindowsButtonFactory : public ButtonFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<WindowsButton>();}
};// 具体工厂类：MacOS 按钮工厂
class MacOSButtonFactory : public ButtonFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<MacOSButton>();}
};// 客户端使用
void renderUI(ButtonFactory& factory) {auto button = factory.createButton();button->render();
}int main() {WindowsButtonFactory winFactory;renderUI(winFactory);  // Output: Rendering a Windows-style buttonMacOSButtonFactory macFactory;renderUI(macFactory);  // Output: Rendering a MacOS-style buttonreturn 0;
}

特点

• 优点：符合开闭原则，扩展新类型只需添加新工厂类。
• 缺点：类数量增加，系统复杂度提升。

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3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

核心思想

• 提供一个接口，用于创建一组相关或依赖的对象家族。
• 适合需要创建多个协同工作的对象的场景（如 GUI 组件库）。

示例代码

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象产品类：按钮
class Button {
public:virtual void render() = 0;virtual ~Button() = default;
};// 抽象产品类：文本框
class TextBox {
public:virtual void input() = 0;virtual ~TextBox() = default;
};// Windows 系列产品
class WindowsButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Windows Button" << std::endl;}
};class WindowsTextBox : public TextBox {
public:void input() override {std::cout << "Windows TextBox" << std::endl;}
};// MacOS 系列产品
class MacOSButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "MacOS Button" << std::endl;}
};class MacOSTextBox : public TextBox {
public:void input() override {std::cout << "MacOS TextBox" << std::endl;}
};// 抽象工厂接口
class GUIFactory {
public:virtual std::unique_ptr<Button> createButton() = 0;virtual std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() = 0;virtual ~GUIFactory() = default;
};// 具体工厂：Windows 工厂
class WindowsFactory : public GUIFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<WindowsButton>();}std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {return std::make_unique<WindowsTextBox>();}
};// 具体工厂：MacOS 工厂
class MacOSFactory : public GUIFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<MacOSButton>();}std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {return std::make_unique<MacOSTextBox>();}
};// 客户端使用
void createUI(GUIFactory& factory) {auto button = factory.createButton();auto textBox = factory.createTextBox();button->render();textBox->input();
}int main() {WindowsFactory winFactory;createUI(winFactory);  // Output: // Windows Button// Windows TextBoxMacOSFactory macFactory;createUI(macFactory);  // Output:// MacOS Button// MacOS TextBoxreturn 0;
}

特点

• 优点：保证产品家族的兼容性（如统一风格）。
• 缺点：扩展新产品家族需要修改所有工厂接口。

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工厂模式的核心对比

模式	适用场景	扩展性	复杂度
简单工厂	对象类型少且固定	违反开闭原则	低
工厂方法	单一产品，需灵活扩展具体类型	新增产品类型只需添加新工厂	中
抽象工厂	需要创建一组相关的对象（产品家族）	新增产品家族需修改接口	高

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工厂模式的典型应用场景

1. 跨平台 UI 开发：为不同操作系统创建风格一致的组件。
2. 游戏开发：动态生成不同类别的敌人或道具。
3. 数据库访问：根据配置创建 MySQL/Oracle 连接对象。
4. 插件系统：加载第三方模块时动态创建对象。

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最佳实践

1. 优先使用工厂方法模式：
   在需要灵活扩展时，避免简单工厂的硬编码逻辑。

2. 结合智能指针管理对象：
   使用 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr 自动释放资源。

   std::unique_ptr<Button> button = factory.createButton();
   

3. 避免过度设计：
   如果对象创建逻辑简单，直接使用构造函数可能更高效。

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总结

工厂模式通过封装对象的创建过程，实现以下目标：

• 解耦：客户端代码与具体类解耦。
• 可维护性：集中管理创建逻辑，便于修改和扩展。
• 灵活性：支持动态切换产品类型或家族。