C++设计模式|创建型 2.工厂模式

2024-04-18 07:05:21

1.简单工厂思想

简单工厂模式不属于23种设计模式之⼀，更多的是⼀种编程习惯。它的核心思想是将产品的创建过程封装在⼀个⼯⼚类中，把创建对象的流程集中在这个⼯⼚类⾥⾯。卡码网将其结构描述为下图所示的情况：

简单⼯⼚模式包括三个主要⻆⾊，⼯⼚类、抽象产品类、具体产品类。它们的职责如下：

  • ⼯⼚类：负责创建产品，根据传递的不同参数创建不同的产品示例。
  • 抽象产品类：由工厂类提供的接口，⽐如上图中的 Shape 接⼝，描述产品的通⽤⾏为。
  • 具体产品类：实现抽象产品接⼝或继承抽象产品类，⽐如上⾯的 Circle 类和 Square 类，具体产品通过简单⼯⼚类的 if-else 逻辑来实例化。

 简单工厂的优点是简化了客户端的操作，客户端可以调用工厂方法来获取具体产品，而无需直接与具体产品类交互，降低了耦合，但是有一个很大的问题就是不够灵活，如果需要添加新的产品，就需要修改工厂类的代码。

2.什么是工厂模式？

简单工厂的思想中只有一个工厂类，用于创建所有的产品，如果需要添加新的产品，就需要修改工厂类的代码。而工厂模式引入了抽象工厂和具体工厂的概念，每个具体工厂只负责创建一个具体产品，添加新产品时只需要添加新的工厂类，支持扩展，复合开闭原则。

工厂方法模式分为以下几个角色：

  • 抽象工厂：一个接口，包含一个抽象的工厂方法，该方法用于创建产品对象。
  • 具体工厂：实现抽象工厂接口，创建具体的产品。
  • 抽象产品类：定义产品的接口。
  • 具体产品类：实现抽象产品接口，是工厂创建的对象。

 工厂模式的示意图如下图所示，实际的生产系统所管理的是对应的工厂，工厂负责产品的生产。当有具体需求传入时，生产提供根据需求创建对应的工厂，这些工厂去完成需求产品的生产。在有新的产品时，只需要扩展一下产品的内容及其对应的工厂即可，原来的代码无需更改，只需要往里面添加新的模块即可，非常灵活。

 3.C++工厂模式

【设计模式专题之工厂方法模式】2.积木工厂 (kamacoder.com)https://kamacoder.com/problempage.php?pid=1076

题目描述：

小明家有两个工厂，一个用于生产圆形积木，一个用于生产方形积木，请你帮他设计一个积木工厂系统，记录积木生产的信息。

输入描述

输入的第一行是一个整数 N（1 ≤ N ≤ 100），表示生产的次数。 

接下来的 N 行，每行输入一个字符串和一个整数，字符串表示积木的类型。积木类型分为 "Circle" 和 "Square" 两种。整数表示该积木生产的数量

输出描述

对于每个积木，输出一行字符串表示该积木的信息。

输入示例

3
Circle 1
Square 2
Circle 1

 输出示例

Circle Block
Square Block
Square Block
Circle Block

代码实现： 

先实现抽象产品类和具体产品类：

//抽象积木产品类,定义生产具体积木的接口produce()
class Block{
public:
    //写成纯虚函数，一方面将该类变成抽象类，另一方面方便具体产品类实现多态
    virtual void produce() = 0;
};


//具体圆形积木产品类
class CircleBlock: public Block{
public:
    //重写父类虚函数，使用override关键字编译器会检查重写是否正确，不是非要加
    void produce() override {
        cout<<"Circle Block"<<endl;
    }
};

//具体方形积木产品类
class SquareBlock: public Block{
public:
    //重写父类虚函数
    void produce() override
    {
        cout<<"Square Block"<<endl;
    }
};

再实现抽象工厂类和具体工厂类，其中具体工厂类要调用具体产品的生产函数，所以工厂类写在了产品类的后面：

//抽象工厂类，提供一个抽象的接口用于创建对象。具体哪种对象还得用多态实现
class BlockFactory{
public:
    //抽象的接口。 使用积木的基类指针作为返回值，其可以接收圆形或方形的积木对象（C++多态允许）
    virtual Block* createBlock() = 0;
};

//具体圆形积木工厂类
class CircleBlockFactory:public BlockFactory{
public:  
    //重写接口函数
    Block* createBlock() override
    {
        return new CircleBlock();  //堆区开辟内存存放积木对象
    }
};

//具体方形积木工厂类
class SquareBlockFactory:public BlockFactory{
public:  
    //重写接口函数
    Block* createBlock() override
    {
        return new SquareBlock();  //堆区开辟内存存放积木对象
    }
};

建立积木工厂系统。该系统根据输入要求去建立相对应的工厂，让该工厂去生产具体产品：

//建立积木工厂系统
class BlockManageSystem{
private:
    //使用Block*动态数组来记录积木信息
    vector<Block *> blocks;
public:
    //根据输入，建立积木生产函数。根据具体产品类型调用相对应的产品工厂
    void produceBlocks(BlockFactory* factory, int num)
    {
        for(int i=0; i<num; i++)
        {
            Block* block = factory->createBlock();
            this->blocks.push_back(block);
            block->produce();
        }
    }
    
    //由于具体积木存放在堆区，所以要使用delete进行内存释放
    ~BlockManageSystem(){
        for(Block* block : blocks)
        {
            delete block;
        }
    }
    
    //获取所有积木。第一个const修饰返回的引用，即使得到积木，也不能对积木进行修改。
    //第二个const修饰this指针，保证this指针不能对积木进行修改
    const vector<Block*> & getBlocks()const{
        return blocks;
    }
    
};

总体代码：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;

//按照工厂模式的组成，依次实现抽象产品类、具体产品类、抽象工厂类、具体工厂类

//抽象积木产品类,定义生产具体积木的接口produce()
class Block{
public:
    //写成纯虚函数，一方面将该类变成抽象类，另一方面方便具体产品类实现多态
    virtual void produce() = 0;
};


//具体圆形积木产品类
class CircleBlock: public Block{
public:
    //重写父类虚函数
    void produce() override {
        cout<<"Circle Block"<<endl;
    }
};

//具体方形积木产品类
class SquareBlock: public Block{
public:
    //重写父类虚函数，使用override关键字编译器会检查重写是否正确，不是非要加
    void produce() override
    {
        cout<<"Square Block"<<endl;
    }
};


//抽象工厂类，提供一个抽象的接口用于创建对象。具体哪种对象还得用多态实现
class BlockFactory{
public:
    //抽象的接口。 使用积木的基类指针作为返回值，其可以接收圆形或方形的积木对象（C++多态允许）
    virtual Block* createBlock() = 0;
};

//具体圆形积木工厂类
class CircleBlockFactory:public BlockFactory{
public:  
    //重写接口函数
    Block* createBlock() override
    {
        return new CircleBlock();  //堆区开辟内存存放积木对象
    }
};

//具体方形积木工厂类
class SquareBlockFactory:public BlockFactory{
public:  
    //重写接口函数
    Block* createBlock() override
    {
        return new SquareBlock();  //堆区开辟内存存放积木对象
    }
};


//建立积木工厂系统
class BlockManageSystem{
private:
    //使用Block*动态数组来记录积木信息
    vector<Block *> blocks;
public:
    //根据输入，建立积木生产函数。根据具体产品类型调用相对应的产品工厂
    void produceBlocks(BlockFactory* factory, int num)
    {
        for(int i=0; i<num; i++)
        {
            Block* block = factory->createBlock();
            this->blocks.push_back(block);
            block->produce();
        }
    }
    
    //由于具体积木存放在堆区，所以要使用delete进行内存释放
    ~BlockManageSystem(){
        for(Block* block : blocks)
        {
            delete block;
        }
    }
    
    //获取所有积木。第一个const修饰返回的引用，即使得到积木，也不能对积木进行修改。
    //第二个const修饰this指针，保证this指针不能对积木进行修改
    const vector<Block*> & getBlocks()const{
        return blocks;
    }
    
};

int main()
{
    int produceNum;  //生产次数
    cin>>produceNum;
    
    BlockManageSystem mySystem;  //创建积木工厂系统
    
    
    for(int i=0; i< produceNum; i++)
    {
        string blockType;
        int blockNum;
        //读取生产积木的类型和数量
        cin>>blockType>>blockNum;
        if(blockType == "Circle") 
        {
            //需要使用工厂系统调用圆形积木工厂启动生产
            mySystem.produceBlocks(new CircleBlockFactory(),blockNum);
        }
        else if (blockType == "Square") 
        {
            //需要使用工厂系统调用方形积木工厂启动生产
            mySystem.produceBlocks(new SquareBlockFactory(),blockNum);
        }
    }
    return 0;
}

4.工厂模式应用场景

工厂方法模式使得每个工厂类的职责单一，每个工厂只负责创建一种产品，当创建对象涉及一系列复杂的初始化逻辑，而这些逻辑在不同的子类中可能有所不同时，可以使用工厂方法模式将这些初始化逻辑封装在子类的工厂中。

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