C++实现工厂模式

最新推荐文章于 2025-07-03 12:05:30 发布

naw0011

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分类专栏：设计模式文章标签：类工厂 C++ 语言工厂模式

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本文介绍了一种在C++中实现工厂模式的方法，该方法利用宏定义和静态注册机制，实现了一个能够根据类名创建对象的工厂。这种方法克服了C++缺乏反射机制的问题，提供了良好的扩展性和面向接口编程的支持。

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工厂模式，想必大家都很熟悉，工厂模式封装了产品的生产，用户无需知道对象是怎么生产出来的，只要给定一个产品名称，就可以得到相应的的产品。在Java和C#中，对用相应的反射机制可以利用，很好的实现了工厂模式。但是在C++没有反射机制，怎么实现呢？下面一一详解。

在工厂中，用一个map是用来保存类名与生产者映射关系，在注册的时候将类名与对应关系设置好，生产对象和销毁对象都是以这个map为核心，用类名取得生产者，然后在用生产者获得产品。其中编程细节各位可以自己琢磨。

在这个工厂模式中，有以下优点：

1.客户端不需要知道产品怎么生产，只需要产品名称（类名），就可以得到一个对象。

2.良好的拓展性，如果需要往工厂中增加生产者时，只需要将某个类注册进去即可，无需修改代码。

3.面向接口编程的标志，定义接口后，工厂只对接口进行操作，没有关心实现，将实现与使用场景分离。

当然也有不好的地方，生产者不够灵活，只能调用无形参构造来生产对象，因为需要抽象共性，并且编程语言的局限性，利用宏来定义类，使得有形参的生产者较难实现。

工厂类中，包含了各种生产者，在语言层面，就是每个类都对应一个生产者，工厂实际是用类名索引到对应的生产者，然后调用生产者生产对象，这个是通用模型。下面我们用类图来表示，如下所示：

上图中的各个模块详解如下：

CClassFactory:用于生产对象，通过类对应的生产者进行生产。
IClassObjectProducer:生产者接口，抽象出生产者的属性。

CImpClassObjectProducer：具体的生产者，每个类对应一个生产者，通过类名索引。

CClassRegisterHelper：注册器，用于注册类的生产者到工厂类中。

首先我们来实现生产者接口，生产者一般都可以生产对象，销毁对象，获取类名。代码如下：

class IClassObjectProducer{
public:
	virtual void* creatObject() = 0;
	virtual void  releaseObject(void** ppObject) = 0;
	virtual void  getClassName(__out string& strClassName) = 0;
};

有了生产者接口，我们就可以得到每个类的生产者的定义，因为每个类的生产者都具有相同的接口，我们可以用宏来实现具体的生产者，并将这个生产者注册到类中，用类名与对应的生产者形成映射关系，其实就是一一对应关系，一个类名对应一个生产者，宏定义如下：

#define  REGISTER_FACTORY_CLASS(ClassName) \
class C##ClassName##producer : public IClassObjectProducer \
{ \
public: \
	   virtual void* creatObject(){ return new ClassName;}\
	   virtual void  releaseObject(void** ppObject){ if ( ppObject != NULL && *ppObject != NULL){ ClassName* p = (ClassName*)*ppObject; delete(p); }}\
	   virtual void  getClassName(__out string& strClassName){ strClassName = #ClassName;}\
}; \
static CClassRegisterHelper s_C##ClassName##RegisterHelper( new C##ClassName##producer );

在以上代码中可以看到最后一条语句，这里巧妙的利用注册器的构造函数，将生产者注册到工厂中。因静态对象在程序入口点前执行，所以无需担心。注册器代码如下：

class  CClassRegisterHelper
{
public:
	CClassRegisterHelper(IClassObjectProducer* pClassObjectProducer);
};
CClassRegisterHelper::CClassRegisterHelper( IClassObjectProducer* pClassObjectProducer )
{
	CClassFactory::registerClassProducer(pClassObjectProducer);
}

上面通过构造注入依赖，将生产者注册到工厂中，下面我们来看看大头的工厂类的定义。代码如下：

class CClassFactory{
	typedef  map<string, IClassObjectProducer*> FactoryProducerMap;    //类名与生产者对应的map
	typedef pair<string,IClassObjectProducer*> FactoryProducerPair;
public:
	static void* createClassObject(__in const string& strClassName);
	static bool  releaseClassObject(__inout void** ppObject, __in const string& strClassName);
	static bool  registerClassProducer(__in IClassObjectProducer* pClassObjectProducer); 
	static void  resetClassFactory();
protected:
	static FactoryProducerMap* ms_pMapProducers;

};

void* CClassFactory::createClassObject( __in const string& strClassName )
{
    if ( NULL == ms_pMapProducers )
    {
		ms_pMapProducers = new FactoryProducerMap;
    }

	FactoryProducerMap::iterator it = ms_pMapProducers->find(strClassName);
	void* pObject = NULL;

	if ( it != ms_pMapProducers->end() && it->second != NULL )    //找到类对应的生产者
	{
		pObject = it->second->creatObject();//生产类对象
	}
    
	return pObject;
}

bool CClassFactory::releaseClassObject( __inout void** ppObject, __in const string& strClassName )
{
	if ( NULL == ppObject || NULL == *ppObject || NULL == ms_pMapProducers )
	{
		return false;
	}

	if ( strClassName != "" )
	{
		FactoryProducerMap::iterator it = ms_pMapProducers->find(strClassName);

		if ( it != ms_pMapProducers->end() && it->second != NULL )
		{
			it->second->releaseObject(ppObject);
			*ppObject = NULL;                      //p指向NULL，这里就是传指针的地址才能在函数里面更改指针值，如果传指针，则改变的是副本，原指针不为NULL。
			return true;
		}
	}

    return false;
}

bool CClassFactory::registerClassProducer( __in IClassObjectProducer* pClassObjectProducer )
{
	if ( NULL == ms_pMapProducers )
	{
         ms_pMapProducers = new FactoryProducerMap;
	}
    
	if ( pClassObjectProducer != NULL )
	{
		string strClassName;
		FactoryProducerMap::iterator it;

		pClassObjectProducer->getClassName(strClassName);
		it = ms_pMapProducers->find(strClassName);

		if ( ms_pMapProducers->end() == it )
		{
			ms_pMapProducers->insert(FactoryProducerPair(strClassName, pClassObjectProducer));

		}else   //删除旧的实例，插入新的对象
		{
			delete(it->second);
			it->second = pClassObjectProducer;
		}

		return false;
	}

    
    return true;
}

void CClassFactory::resetClassFactory()
{
    if ( NULL == ms_pMapProducers )
    {
		return;
    }

	FactoryProducerMap::iterator it;

	for ( it = ms_pMapProducers->begin(); it != ms_pMapProducers->end(); ++it )
	{
		delete(it->second);
		it->second = NULL;
	}

	ms_pMapProducers->clear();

	if ( ms_pMapProducers != NULL )
	{
		delete ms_pMapProducers;
		ms_pMapProducers = NULL;
	}
}

各个函数详解：
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  virtual void* creatObject() = 0;
  访问性:  public 
  修饰词:  virtual
  返回值:  void*：生产的对象的地址。
  参  数:  
  描  述:  产生一个对象，返回对象指针。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  virtual void  releaseObject(void** ppObject) = 0;
  访问性:  public 
  修饰词:  virtual
  返回值:  void
  参  数:  void** ppObject：要释放对象指针的地址，传指针地址进去，才能实际操作这个指针，否则操作的是副本，比如传void* p，则传递
           遵循传值调用，传的是p在栈上的副本，这个副本指向原对象，可以delete，但是delete后，对形参p1 = null只是对副本置空，不会
		   对p置空，所有要操作p置空，则传p的地址，则*p取得p的值，然后 *p = null，就可以把实参p在函数内改变。
  描  述:  产生一个对象，返回对象指针。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  virtual void  getClassName(__out string& strClassName) = 0;
  访问性:  public 
  修饰词:  virtual
  返回值:  void
  参  数:  __out string& strClassName：获得producer对应的类名。
  描  述:  产生一个对象，返回对象指针。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*-----------------------------------------------------------------CClassFactory----------------------------------------------

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  static void* createClassObject(__in const string& strClassName);
  访问性:  public 
  修饰词:  static
  返回值:  void*：生产出的对象指针。
  参  数:  __in const string& strClassName：根据类名创建对象。
  描  述:  根据类名找到producer,通过producer产生一个对象，返回对象指针。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  static bool  releaseClassObject(__inout void** ppObject, __in const string& strClassName);
  访问性:  public 
  修饰词:  static
  返回值:  bool：成功是否返回true，反之则为false。
  参  数:  __inout void** ppObject：对象指针的地址，直接对指针操作。
  参  数:  __in const string& strClassName：根据类名释放对象。
  描  述:  根据类名调用producter来销毁对象。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  static bool  registerClassProducer(__in IClassObjectProducer* pClassObjectProducer); 
  访问性:  public 
  修饰词:  static
  返回值:  bool：成功是否返回true，反之则为false。
  参  数:  __in IClassObjectProducer* pClassObjectProducer：producer对象指针。
  描  述:  将producer注册到工厂中的map，producer本事有获取类名的接口，所有这里不用提供类名。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  static void  resetClassFactory();
  访问性:  public 
  修饰词:  static
  返回值:  void
  参  数:  
  描  述:  清除map中的所有项。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*------------------------------------------------------------CClassRegisterHelper--------------------------------------------

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  函  数:  CClassRegisterHelper(IClassObjectProducer* pClassObjectProducer);
  访问性:  public 
  修饰词:  
  返回值:  
  参  数:  IClassObjectProducer* pClassObjectProducer：注册producer到map中。
  描  述:  构造函数，利用构造函数来调用Factory的注册函数，将producer对象注册到Factory中。此对象将声明为全局变量，这样就能在程序
           运行前构造出producer。
  历  史:  2013-8-29：创建
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  宏    :  REGISTER_FACTORY_CLASS(ClassName)
  说  明:  此宏用于定义参数ClassName对应的producer。 并声明一个全局的CClassRegisterHelper
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  原理:  在类的头文件中添加：REGISTER_FACTORY_CLASS(ClassName)，表示将这个类加到工厂中。编译时将宏展开，得到类的producer。这时
         实例化一个全局变量CClassRegisterHelper。在CClassRegisterHelper的构造中实例化一个producer，调用Factory的registerClassP
		 roducer(),将实例化在全局区的producer注册到Factory的map中，将类名ClassName与producer对应起来。在客户的就可以调用Factory
		 的相应函数来生产，销毁对象了。
/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/