C++设计模式|创建型 2.工厂模式

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)icon-default.png?t=N7T8https://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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