设计模式-工厂模式 C++

一、简介

工厂模式属于一种创建型模式，它提供一种创建对象的最佳方式，对外不暴露对象的创建，并且通过一个共同的接口获取对象指针。

就像一个工厂根据消费者的需求生产不同的产品，但是并不需要对消费者开放生产方式。消费者只需要使用产品就好，并不需要知晓产品的生成。

适用场景：一般需要生成复杂对象的时候使用工厂模式。但是如果是比较简单的对象，则最好不要使用工厂模式，因为工厂模式需要创建工厂类，增加了系统的复杂性。

二、简单工厂模式

简单工厂模式，封装工厂类，用来提供创建目标对象的方法。

以服装厂为例。假设服装厂可以生产T恤和裤子两种产品。

1、先创建一个衣服的抽象类

//衣服抽象类
class Clothe
{
public:virtual void Show() = 0;virtual ~Clothe() {}
};

2、然后，我们创建具体的产品：T恤产品和裤子产品。此类继承于Clothe

//T恤衫产品具体类
class TShirt : public Clothe
{
public:void Show(){cout << "This is T-shirt!" << endl;}
};//裤子产品具体类
class Pants : public Clothe
{
public:void Show(){cout << "This is Pants!" << endl;}
};

3、创建工厂，此工厂会根据“客户”的需求，生产对应的产品（即实例化相应的对象）

typedef enum
{T_SHIRT,PANTS
}CLOTHE_TYPE;//服装工厂
class ClotheFactory
{
public:Clothe* CreateClothe(CLOTHE_TYPE myType){switch (myType){case CLOTHE_TYPE::T_SHIRT:return new TShirt();case CLOTHE_TYPE::PANTS:return new Pants();default:return nullptr;}return nullptr;}virtual ~ClotheFactory() {}
};

4、最后，我们可以调用这个工厂生产产品了。

需要注意的是，因为clothe其实是new出来的，使用完后需要delete释放掉。

int main()
{//调用工厂生产裤子ClotheFactory factory;Clothe* clothe = factory.CreateClothe(CLOTHE_TYPE::PANTS);clothe->Show();//new的对象使用完后需要deletedelete clothe;clothe = nullptr;system("pause");return 0;
}

从简单工厂模式的描述，我们可以看到工厂直接提供了实例化“产品”的方法，即CreateClothe，虽然保护了对象实例化的过程，但是不符合面向对象编程的开闭原则。

开闭原则：在面向对象领域，开闭原则规定“软件中的对象（类，模块，函数等等）应该对于扩展是开放的，但是对于修改是封闭的”。

假如工厂还需要再增加产品，对于简单工厂模式来说，就需要修改CreateClothe的实现，这违背了开闭原则。所以我们可以使用下面的工厂方法模式来解决这个问题。

三、工厂方法模式

使用抽象类接管工厂的管理，额外定义各个产品单独实现的具体工厂，这些工厂继承了抽象工厂，用来实现具体对象的创建。

以服装厂为例，可以把抽象类理解为一家服装厂公司，这家公司旗下目前有2家工厂，一间只生产T恤，一间只生产裤子。如果有新类型的产品裙子需要增加，就再增加一间工厂，只用来生产裙子，这样就不用改变原来2个工厂的生产内容了，符合开闭原则。

具体代码示例

1、先创建一个衣服的抽象类，此类并不会具体“生产”产品，代码同简单工厂模式

2、然后，我们创建具体的产品：T恤产品和裤子产品，代码同简单工厂模式

3、创建一个抽象类，作为“服装厂公司”，此类作为接口，不再具体实例化产品

//服装工厂
class ClotheFactory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe() = 0;
};

4、定义生产各个产品的工厂

//T恤工厂，只用来生产T恤
class TShirtFactory : public ClotheFactory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe(){return new TShirt();}
};//裤子工厂，只用来生产裤子
class PantsFactory : public ClotheFactory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe(){return new Pants();}
};

5、可以开始生产了

int main()
{//调用工厂生产T恤ClotheFactory* factory = new TShirtFactory();if (nullptr != factory){Clothe* clothe = factory->CreateClothe();if (nullptr != clothe){clothe->Show();//new的对象使用完后需要deletedelete clothe;clothe = nullptr;}}system("pause");return 0;
}

【注】如果这家工厂公司需要增加产品裙子，则再增加一个生产裙子的工厂就可以。即再增加如下代码即可

//裙子产品
class Skirt : public Clothe
{
public:void Show(){cout << "This is Skirt!" << endl;}
};//裙子工厂，只用来生产裙子
class SkirtFactory : public ClotheFactory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe(){return new Skirt();}
};

可见，工厂方法模式对于简单方法模式来说，增加了系统的复杂度。因为每增加一个产品都要新增一个具体工厂类。对于我们日常写项目来说，需要根据具体情况做取舍。

工厂方法模式还存在一个问题，我们根据抽象工厂ClotheFactory只能去实例化一种类型的产品，即可以实例化继承于Clothe类的TShirt和Pants。而无法创建其他类型（即继承于其他抽象产品类的）对象。

比如，由于疫情来袭，这家服装厂公司决定开辟一条口罩的生产线，用于生产例如N95口罩、医用外科口罩等。由此我们要定义

A、一个口罩抽象产品类

//口罩抽象类
class Mask
{
public:virtual void equip() = 0;virtual ~Mask() {};
};

B、N95口罩和外科口罩具体类

//N95口罩具体类
class N95Mask : public Mask
{virtual void equip(){cout << "equipped N95 mask!" << endl;}
};//外科口罩具体类
class SurgicalMask : public Mask
{virtual void equip(){cout << "equipped surgical mask!" << endl;}
};

但是在创建工厂的时候，我们犯了难，现有工厂是无法扩展出对口罩的生产创建的。现有的工厂抽象类ClotheFactory中没有对Mask类的创建方法，所以无论如何，我们都需要在工厂抽象类中修改出对Mask产品的创建方法，即我们需要违背开闭原则，使用下面介绍的抽象工厂模式来解决这个问题。

四、抽象工厂模式

抽象工厂模式适用于需要管理不同类型的类对象的实例化的情况。是工厂方法模式的扩展。抽象工厂模式不符合开闭原则。

以上诉问题例，如果这家工厂打算扩展口罩的生产业务。则需要

1、创建口罩产品抽象类，代码见上诉A

2、创建具体口罩产品的具体实现类，代码见上诉B

3、修改工厂抽象类，此类需要增加生成Mask的方法CreateMask，所以再使用ClotheFactory作为类名不是很合适，改成Factory

//工厂抽象类
class Factory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe(CLOTHE_TYPE type) = 0;virtual Mask* CreateMask(MASK_TYPE type) = 0;
};

4、生产工厂具体类，具体实现根据传入参数生成对应的clothe或mask

//生产工厂具体类
class ProduceFactory : public Factory
{
public:virtual Clothe* CreateClothe(CLOTHE_TYPE type){switch (type){case CLOTHE_TYPE::T_SHIRT:return new TShirt();case CLOTHE_TYPE::PANTS:return new Pants();default:return nullptr;}return nullptr;}virtual Mask* CreateMask(MASK_TYPE type){switch (type){case MASK_TYPE::N95_MASK:return new N95Mask();case MASK_TYPE::SURGICAL_MASK:return new SurgicalMask();default:return nullptr;}return nullptr;}
};

5、然后，就可以调用生产了

int main()
{//调用工厂生产T恤Factory* factory = new ProduceFactory();if (nullptr != factory){//生产T恤Clothe* clothe = factory->CreateClothe(CLOTHE_TYPE::T_SHIRT);if (nullptr != clothe){clothe->Show();//new的对象使用完后需要deletedelete clothe;clothe = nullptr;}//生产医用外科口罩Mask* mask = factory->CreateMask(MASK_TYPE::SURGICAL_MASK);if (nullptr != mask){mask->equip();delete mask;mask = nullptr;}}system("pause");return 0;
}

从上面的逻辑可以看出，如果工厂需要新增生产另一类产品，则必须要对抽象工厂类以及具体实现Create的工厂类进行修改，所以是不符合开闭原则的。

参考&致谢

C++ 深入浅出工厂模式（初识篇） - 知乎初识工厂模式我们先看工厂模式的介绍这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。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…https://zhuanlan.zhihu.com/p/83535678

五分钟学设计模式.04.抽象工厂模式_哔哩哔哩_bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV1y54y1B7k6?spm_id_from=0.0.header_right.history_list.click