工厂方法模式 (Factory Method)

工厂方法模式是一种创建型设计模式，提供一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类，从而实现了对对象创建过程的解耦和扩展。

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意图

• 定义一个用于创建对象的接口，允许子类决定具体实例化哪个类。
• 把对象创建的职责交给子类，使得系统更灵活，符合 开闭原则。

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使用场景

1. 运行时决定类的实例化
   • 如果对象的具体类型在编译时无法确定，而需要在运行时根据条件选择。
2. 隐藏对象的复杂创建过程
   • 如果创建对象的过程复杂且容易重复，可以使用工厂方法集中管理。
3. 需要对对象的创建进行扩展
   • 当需要新增产品类时，可以通过增加新的具体工厂类，而不修改已有代码。

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参与者角色

1. 工厂基类 (Creator)

   • 定义创建产品对象的接口，通常包含一个抽象的 createProduct() 方法。
   • 有时可以包含产品创建的默认实现。

2. 具体工厂类 (Concrete Creator)

   • 实现 createProduct() 方法，负责实例化具体的产品。

3. 产品基类 (Product)

   • 定义所有产品的公共接口。

4. 具体产品类 (Concrete Product)

   • 实现产品基类的接口，提供产品的具体功能。

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示例代码

以下示例通过工厂方法模式实现了动态创建产品的功能。

#include <iostream>
#include <memory>// 产品基类
class Product {
public:virtual void use() const = 0;virtual ~Product() {}
};// 具体产品 A
class ConcreteProductA : public Product {
public:void use() const override {std::cout << "Using Product A" << std::endl;}
};// 具体产品 B
class ConcreteProductB : public Product {
public:void use() const override {std::cout << "Using Product B" << std::endl;}
};// 工厂基类
class Factory {
public:virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() const = 0;virtual ~Factory() {}
};// 具体工厂 A
class FactoryA : public Factory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() const override {return std::make_unique<ConcreteProductA>();}
};// 具体工厂 B
class FactoryB : public Factory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() const override {return std::make_unique<ConcreteProductB>();}
};// 主函数
int main() {FactoryA factoryA;FactoryB factoryB;auto productA = factoryA.createProduct();auto productB = factoryB.createProduct();productA->use(); // 输出：Using Product AproductB->use(); // 输出：Using Product Breturn 0;
}

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代码解析

1. 产品基类

定义了所有产品的公共接口，确保具体产品具有一致的功能。例如：

class Product {
public:virtual void use() const = 0;virtual ~Product() {}
};

2. 具体产品类

具体产品类实现了产品基类接口，并提供具体的功能实现：

class ConcreteProductA : public Product {
public:void use() const override {std::cout << "Using Product A" << std::endl;}
};

3. 工厂基类

工厂基类声明了创建产品的接口，具体工厂将实现该接口：

class Factory {
public:virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() const = 0;virtual ~Factory() {}
};

4. 具体工厂类

每个具体工厂类实现了 createProduct() 方法，并实例化具体的产品：

class FactoryA : public Factory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() const override {return std::make_unique<ConcreteProductA>();}
};

5. 主函数

客户端代码通过工厂接口创建产品，而无需知道具体产品的实现细节：

FactoryA factoryA;
auto productA = factoryA.createProduct();
productA->use(); // 输出：Using Product A

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优缺点

优点

1. 符合开闭原则
   • 新增产品只需新增具体工厂类，无需修改已有代码。
2. 解耦
   • 客户端代码只依赖于工厂接口和产品接口，具体产品的实现细节被隐藏。
3. 灵活性
   • 可以动态选择和创建具体产品。

缺点

1. 增加复杂性
   • 每个产品都需要对应的具体工厂类，可能导致类的数量增加。
2. 需要额外的抽象
   • 增加了工厂基类和产品基类的抽象层。

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适用场景

• 动态选择产品：如根据配置文件决定创建哪个产品。
• 封装复杂创建过程：如隐藏产品创建的复杂逻辑。
• 需要扩展性：如未来可能新增产品类型。

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改进与扩展

1. 结合配置文件
   动态读取配置，根据配置内容选择具体工厂：

   std::unique_ptr<Factory> factory;
   if (config == "A") {factory = std::make_unique<FactoryA>();
   } else {factory = std::make_unique<FactoryB>();
   }
   auto product = factory->createProduct();
   product->use();
   

2. 结合抽象工厂模式
   如果需要创建一组相关的产品，可以将工厂方法扩展为抽象工厂模式。

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总结

工厂方法模式通过定义创建对象的接口，将对象的创建与使用分离，提高了代码的扩展性和灵活性。
它适合需要动态选择产品类型或需要隐藏对象创建细节的场景。