C++设计模式整理002-工厂模式

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分类专栏：设计模式 C++ 文章标签：设计模式 c++

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本文详细介绍了工厂模式的三种形式：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式在C++中的实现。简单工厂模式通过工厂类集中创建产品，但扩展困难；工厂方法模式将创建过程交给子类，更符合开闭原则；抽象工厂模式则用于创建一系列相关产品。每种模式都有其适用场景和优缺点，并提供了具体的代码示例进行说明。

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3. 工厂模式

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。工厂模式作为一种创建模式，一般在创建复杂对象时，考虑使用；在创建简单对象时，建议直接new完成一个实例对象的创建。

3.1 简单工厂模式

主要特点是需要在工厂类中做判断，从而创造相应的产品，当增加新产品时，需要修改工厂类。使用简单工厂模式，我们只需要知道具体的产品型号就可以创建一个产品。

缺点：

1. 工厂类集中了所有产品类的创建逻辑，如果产品量较大，会使得工厂类变的非常臃肿。

2. 就是要增加新的核类型时，就需要修改工厂类。这就违反了开放封闭原则：对扩展开放，对修改关闭。

/*
关键代码：创建过程在工厂类中完成。
*/

#include <iostream>
using namespace std;

//定义产品类型信息
typedef enum
{
    Tank_Type_56,
    Tank_Type_96,
    Tank_Type_Num
}Tank_Type;

//抽象产品类
class Tank
{
public:
    virtual const string& type() = 0;
};

//具体的产品类
class Tank56 : public Tank
{
public:
    Tank56():Tank(),m_strType("Tank56")
    {
    }

    const string& type() override
    {
        cout << m_strType.data() << endl;
        return m_strType;
    }
private:
    string m_strType;
};

//具体的产品类
class Tank96 : public Tank
{
public:
    Tank96():Tank(),m_strType("Tank96")
    {
    }
    const string& type() override
    {
        cout << m_strType.data() << endl;
        return m_strType;
    }

private:
    string m_strType;
}; 

//工厂类
class TankFactory
{
public:
    //根据产品信息创建具体的产品类实例，返回一个抽象产品类
    Tank* createTank(Tank_Type type)
    {
        switch(type)
        {
        case Tank_Type_56:
            return new Tank56();
        case Tank_Type_96:
            return new Tank96();
        default:
            return nullptr;
        }
    }
};


int main()
{
    TankFactory* factory = new TankFactory();
    Tank* tank56 = factory->createTank(Tank_Type_56);
    tank56->type();
    Tank* tank96 = factory->createTank(Tank_Type_96);
    tank96->type();

    delete tank96;
    tank96 = nullptr;
    delete tank56;
    tank56 = nullptr;
    delete factory;
    factory = nullptr;

    return 0;
}

3.1.1 例子2

有一家生产处理器核的厂家，它只有一个工厂，能够生产两种型号的处理器核。客户需要什么样的处理器核，一定要显示地告诉生产工厂。

enum CTYPE 
{
    COREA, 
	COREB
};   

class SingleCore  
{  
	public:  
		virtual void Show() = 0;
};  

//单核A  
class SingleCoreA: public SingleCore  
{  
	public:  
		void Show() { cout<<"SingleCore A"<<endl; }  
};  

//单核B  
class SingleCoreB: public SingleCore  
{  
	public:  
		void Show() { cout<<"SingleCore B"<<endl; }  
};  

//唯一的工厂，可以生产两种型号的处理器核，在内部判断  
class Factory  
{  
	public:   
		SingleCore* CreateSingleCore(enum CTYPE ctype)  
		{  
			if(ctype == COREA) //工厂内部判断  
				return new SingleCoreA(); //生产核A  
			else if(ctype == COREB)  
				return new SingleCoreB(); //生产核B  
			else  
				return NULL;  
    }  
};

3.2 工厂方法模式

定义一个创建对象的接口，其子类去具体现实这个接口以完成具体的创建工作。如果需要增加新的产品类，只需要扩展一个相应的工厂类即可。

缺点：产品类数据较多时，需要实现大量的工厂类，这无疑增加了代码量。

/*
 关键代码：创建过程在其子类执行。
*/

#include <iostream>

using namespace std;

//产品抽象类
class Tank
{
public:
    virtual const string& type() = 0;
};

//具体的产品类
class Tank56 : public Tank
{
public:
    Tank56():Tank(),m_strType("Tank56")
    {
    }

    const string& type() override
    {
        cout << m_strType.data() << endl;
        return m_strType;
    }
private:
    string m_strType;
};

//具体的产品类
class Tank96 : public Tank
{
public:
    Tank96():Tank(),m_strType("Tank96")
    {
    }
    const string& type() override
    {
        cout << m_strType.data() << endl;
        return m_strType;
    }

private:
    string m_strType;
}; 

//抽象工厂类，提供一个创建接口
class TankFactory
{
public:
    //提供创建产品实例的接口，返回抽象产品类
    virtual Tank* createTank() = 0;
};

//具体的创建工厂类，使用抽象工厂类提供的接口，去创建具体的产品实例
class Tank56Factory : public TankFactory
{
public:
    Tank* createTank() override
    {
        return new Tank56();
    }
};

//具体的创建工厂类，使用抽象工厂类提供的接口，去创建具体的产品实例
class Tank96Factory : public TankFactory
{
public:
    Tank* createTank() override
    {
        return new Tank96();
    }
};

int main()
{
    TankFactory* factory56 = new Tank56Factory();
    Tank* tank56 = factory56->createTank();
    tank56->type();
    
    TankFactory* factory96 = new Tank96Factory();
    Tank* tank96 = factory96->createTank();
    tank96->type();

    delete tank96;
    tank96 = nullptr;
    delete factory96;
    factory96 = nullptr;

    delete tank56;
    tank56 = nullptr;
    delete factory56;
    factory56 = nullptr;

    return 0;
}

3.2.1 举例2：

接上面的举例2，这家生产处理器核的产家赚了不少钱，于是决定再开设一个工厂专门用来生产B型号的单核，而原来的工厂专门用来生产A型号的单核。这时，客户要做的是找好工厂，比如要A型号的核，就找A工厂要；否则找B工厂要，不再需要告诉工厂具体要什么型号的处理器核了。


class SingleCore  
{  
public:  
    virtual void Show() = 0;
};
  
//单核A  
class SingleCoreA: public SingleCore  
{  
public:  
    void Show() { cout<<"SingleCore A"<<endl; }  
};
  
//单核B  
class SingleCoreB: public SingleCore  
{  
public:  
    void Show() { cout<<"SingleCore B"<<endl; }  
};
  
class Factory  
{  
public:  
    virtual SingleCore* CreateSingleCore() = 0;
};
  
//生产A核的工厂  
class FactoryA: public Factory  
{  
public:  
    SingleCoreA* CreateSingleCore() { return new SingleCoreA; }  
};
  
//生产B核的工厂  
class FactoryB: public Factory  
{  
public:  
    SingleCoreB* CreateSingleCore() { return new SingleCoreB; }  
};

3.3 抽象工厂模式

抽象工厂模式提供创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

当存在多个产品系列，而客户端只使用一个系列的产品时，可以考虑使用抽象工厂模式。

缺点：当增加一个新系列的产品时，不仅需要现实具体的产品类，还需要增加一个新的创建接口，扩展相对困难。

/*
  2 * 关键代码：在一个工厂里聚合多个同类产品。
  3 * 以下代码以白色衣服和黑色衣服为例，白色衣服为一个产品系列，黑色衣服为一个产品系列。白色上衣搭配白色裤子，   黑色上衣搭配黑色裤字。每个系列的衣服由一个对应的工厂创建，这样一个工厂创建的衣服能保证衣服为同一个系列。
*/
 
//抽象上衣类
class Coat
{
public:
    virtual const string& color() = 0;
};

//黑色上衣类
class BlackCoat : public Coat
{
public:
    BlackCoat():Coat(),m_strColor("Black Coat")
    {
    }

    const string& color() override
    {
        cout << m_strColor.data() << endl;
        return m_strColor;
    }
private:
    string m_strColor;
};

//白色上衣类
class WhiteCoat : public Coat
{
public:
    WhiteCoat():Coat(),m_strColor("White Coat")
    {
    }
    const string& color() override
    {
        cout << m_strColor.data() << endl;
        return m_strColor;
    }

private:
    string m_strColor;
}; 

//抽象裤子类
class Pants
{
public:
    virtual const string& color() = 0;
};

//黑色裤子类
class BlackPants : public Pants
{
public:
    BlackPants():Pants(),m_strColor("Black Pants")
    {
    }
    const string& color() override
    {
        cout << m_strColor.data() << endl;
        return m_strColor;
    }

private:
    string m_strColor;
};

//白色裤子类
class WhitePants : public Pants
{
public:
    WhitePants():Pants(),m_strColor("White Pants")
    {
    }
    const string& color() override
    {
        cout << m_strColor.data() << endl;
        return m_strColor;
    }

private:
    string m_strColor;
};

//抽象工厂类，提供衣服创建接口
class Factory
{
public:
    //上衣创建接口，返回抽象上衣类
    virtual Coat* createCoat() = 0;
    //裤子创建接口，返回抽象裤子类
    virtual Pants* createPants() = 0;
};

//创建白色衣服的工厂类，具体实现创建白色上衣和白色裤子的接口
class WhiteFactory : public Factory
{
public:
    Coat* createCoat() override
    {
        return new WhiteCoat();
    }

    Pants* createPants() override
    {
        return new WhitePants();
    }
};

//创建黑色衣服的工厂类，具体实现创建黑色上衣和白色裤子的接口
class BlackFactory : public Factory
{
    Coat* createCoat() override
    {
        return new BlackCoat();
    }

    Pants* createPants() override
    {
        return new BlackPants();
    }
};

3.3.1 举例2

还是举这个例子，这家公司的技术不断进步，不仅可以生产单核处理器，也能生产多核处理器。现在简单工厂模式和工厂方法模式都鞭长莫及。抽象工厂模式登场了。它的定义为提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。具体这样应用，这家公司还是开设两个工厂，一个专门用来生产A型号的单核多核处理器，而另一个工厂专门用来生产B型号的单核多核处理器，下面给出实现的代码：

//单核  
class SingleCore   
{  
public:  
    virtual void Show() = 0;
};  

class SingleCoreA: public SingleCore    
{  
public:  
    void Show() { cout<<"Single Core A"<<endl; }  
};  

class SingleCoreB :public SingleCore  
{  
public:  
    void Show() { cout<<"Single Core B"<<endl; }  
};  

//多核  
class MultiCore    
{  
public:  
    virtual void Show() = 0;
};  

class MultiCoreA : public MultiCore    
{  
public:  
    void Show() { cout<<"Multi Core A"<<endl; }  
  
};  

class MultiCoreB : public MultiCore    
{  
public:  
    void Show() { cout<<"Multi Core B"<<endl; }  
};  

//工厂  
class CoreFactory    
{  
public:  
    virtual SingleCore* CreateSingleCore() = 0;
    virtual MultiCore* CreateMultiCore() = 0;
};  

//工厂A，专门用来生产A型号的处理器  
class FactoryA :public CoreFactory  
{  
public:  
    SingleCore* CreateSingleCore() { return new SingleCoreA(); }  
    MultiCore* CreateMultiCore() { return new MultiCoreA(); }  
};  

//工厂B，专门用来生产B型号的处理器  
class FactoryB : public CoreFactory  
{  
public:  
    SingleCore* CreateSingleCore() { return new SingleCoreB(); }  
    MultiCore* CreateMultiCore() { return new MultiCoreB(); }  
};