C++ 深入淺出工廠模式（初識篇）

来源:https://www.cnblogs.com/xiaolincoding/archive/2019/09/15/11524376.html
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初識工廠模式 我們先看工廠模式的介紹 這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。 在工廠模式中，我們在創建對象時不會對客戶端暴露創建邏輯，並且是通過使用一個共同的介面來指向新創建的對象。 簡單來說，使用了C++ 多態 的特性，將存在 繼承 關係的類，通過一個 工廠類創建 對應 ...


初識工廠模式

我們先看工廠模式的介紹

這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。
在工廠模式中，我們在創建對象時不會對客戶端暴露創建邏輯，並且是通過使用一個共同的介面來指向新創建的對象。

簡單來說，使用了C++多態的特性，將存在繼承關係的類，通過一個工廠類創建對應的子類（派生類）對象。在項目複雜的情況下，可以便於子類對象的創建。

工廠模式的實現方式可分別簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式，每個實現方式都存在優和劣。

最近炒鞋炒的非常的火，那麼以鞋廠的形式，一一分析針對每個實現方式進行分析。

簡單工廠模式

具體的情形：
  • 鞋廠可以指定生產耐克、阿迪達斯和李寧牌子的鞋子。哪個鞋炒的火爆，老闆就生產哪個，看形勢生產。
UML圖：

簡單工廠模式的結構組成：
  1. 工廠類(ShoesFactory)：工廠模式的核心類，會定義一個用於創建指定的具體實例對象的介面。
  2. 抽象產品類(Shoes)：是具體產品類的繼承的父類或實現的介面。
  3. 具體產品類(NiKeShoes\AdidasShoes\LiNingShoes)：工廠類所創建的對象就是此具體產品實例。
簡單工廠模式的特點：
  • 工廠類封裝了創建具體產品對象的函數。
簡單工廠模式的缺陷：
  • 擴展性非常差，新增產品的時候，需要去修改工廠類。
簡單工廠模式的代碼：
  • Shoes為鞋子的抽象類（基類），介面函數為Show()，用於顯示鞋子廣告。
  • NiKeShoes、AdidasShoes、LiNingShoes為具體鞋子的類，分別是耐克、阿迪達斯和李寧鞋牌的鞋，它們都繼承於Shoes抽象類。
// 鞋子抽象類
class Shoes
{
public:
    virtual ~Shoes() {}
    virtual void Show() = 0;
};

// 耐克鞋子
class NiKeShoes : public Shoes
{
public:
    void Show()
    {
        std::cout << "我是耐克球鞋，我的廣告語：Just do it" << std::endl;
    }
};

// 阿迪達斯鞋子
class AdidasShoes : public Shoes
{
public:
    void Show()
    {
        std::cout << "我是阿迪達斯球鞋，我的廣告語:Impossible is nothing" << std::endl;
    }
};

// 李寧鞋子
class LiNingShoes : public Shoes
{
public:
    void Show()
    {
        std::cout << "我是李寧球鞋，我的廣告語：Everything is possible" << std::endl;
    }
};
  • ShoesFactory為工廠類，類里實現根據鞋子類型創建對應鞋子產品對象的CreateShoes(SHOES_TYPE type)函數。
enum SHOES_TYPE
{
    NIKE,
    LINING,
    ADIDAS
};

// 總鞋廠
class ShoesFactory
{
public:
    // 根據鞋子類型創建對應的鞋子對象
    Shoes *CreateShoes(SHOES_TYPE type)
    {
        switch (type)
        {
        case NIKE:
            return new NiKeShoes();
            break;
        case LINING:
            return new LiNingShoes();
            break;
        case ADIDAS:
            return new AdidasShoes();
            break;
        default:
            return NULL;
            break;
        }
    }
};
  • main函數，先是構造了工廠對象，後創建指定類型的具體鞋子產品對象，創建了具體鞋子產品的對象便可直接列印廣告。因為採用的是new的方式創建了對象，用完了要通過delete 釋放資源資源哦！
int main()
{
    // 構造工廠對象
    ShoesFactory shoesFactory;

    // 從鞋工廠對象創建阿迪達斯鞋對象
    Shoes *pNikeShoes = shoesFactory.CreateShoes(NIKE);
    if (pNikeShoes != NULL)
    {
        // 耐克球鞋廣告喊起
        pNikeShoes->Show();

        // 釋放資源
        delete pNikeShoes;
        pNikeShoes = NULL;
    }

    // 從鞋工廠對象創建阿迪達斯鞋對象
    Shoes *pLiNingShoes = shoesFactory.CreateShoes(LINING);
    if (pLiNingShoes != NULL)
    {
        // 李寧球鞋廣告喊起
        pLiNingShoes->Show();

        // 釋放資源
        delete pLiNingShoes;
        pLiNingShoes = NULL;
    }

    // 從鞋工廠對象創建阿迪達斯鞋對象
    Shoes *pAdidasShoes = shoesFactory.CreateShoes(ADIDAS);
    if (pAdidasShoes != NULL)
    {
        // 阿迪達斯球鞋廣告喊起
        pAdidasShoes->Show();

        // 釋放資源
        delete pAdidasShoes;
        pAdidasShoes = NULL;
    }

    return 0;
}
  • 輸出結果：
[root@lincoding factory]# ./simpleFactory 
我是耐克球鞋，我的廣告語：Just do it
我是阿迪達斯球鞋，我的廣告語:Impossible is nothing
我是李寧球鞋，我的廣告語：Everything is possible

工廠方法模式

具體情形：
  • 現各類鞋子抄的非常火熱，於是為了大量生產每種類型的鞋子，則要針對不同品牌的鞋子開設獨立的生產線，那麼每個生產線就只能生產同類型品牌的鞋。
UML圖：

工廠方法模式的結構組成：
  1. 抽象工廠類廠（ShoesFactory）：工廠方法模式的核心類，提供創建具體產品的介面，由具體工廠類實現。
  2. 具體工廠類（NiKeProducer\AdidasProducer\LiNingProducer）：繼承於抽象工廠，實現創建對應具體產品對象的方式。
  3. 抽象產品類（Shoes）：它是具體產品繼承的父類（基類）。
  4. 具體產品類（NiKeShoes\AdidasShoes\LiNingShoes）：具體工廠所創建的對象，就是此類。
工廠方法模式的特點：
  • 工廠方法模式抽象出了工廠類，提供創建具體產品的介面，交由子類去實現。
  • 工廠方法模式的應用並不只是為了封裝具體產品對象的創建，而是要把具體產品對象的創建放到具體工廠類實現。
工廠方法模式的缺陷：
  • 每新增一個產品，就需要增加一個對應的產品的具體工廠類。相比簡單工廠模式而言，工廠方法模式需要更多的類定義。
  • 一條生產線只能一個產品。
工廠方法模式的代碼：
  • ShoesFactory抽象工廠類，提供了創建具體鞋子產品的純虛函數。
  • NiKeProducer、AdidasProducer、LiNingProducer具體工廠類，繼承持續工廠類，實現對應具體鞋子產品對象的創建。
// 總鞋廠
class ShoesFactory
{
public:
    virtual Shoes *CreateShoes() = 0;
    virtual ~ShoesFactory() {}
};

// 耐克生產者/生產鏈
class NiKeProducer : public ShoesFactory
{
public:
    Shoes *CreateShoes()
    {
        return new NiKeShoes();
    }
};

// 阿迪達斯生產者/生產鏈
class AdidasProducer : public ShoesFactory
{
public:
    Shoes *CreateShoes()
    {
        return new AdidasShoes();
    }
};

// 李寧生產者/生產鏈
class LiNingProducer : public ShoesFactory
{
public:
    Shoes *CreateShoes()
    {
        return new LiNingShoes();
    }
};
  • main函數針對每種類型的鞋子，構造了每種類型的生產線，再由每個生產線生產出對應的鞋子。需註意的是具體工廠對象和具體產品對象，用完了需要通過delete釋放資源。
int main()
{
    // ================ 生產耐克流程 ==================== //
    // 鞋廠開設耐克生產線
    ShoesFactory *niKeProducer = new NiKeProducer();
    // 耐克生產線產出球鞋
    Shoes *nikeShoes = niKeProducer->CreateShoes();
    // 耐克球鞋廣告喊起
    nikeShoes->Show();
    // 釋放資源
    delete nikeShoes;
    delete niKeProducer;

    // ================ 生產阿迪達斯流程 ==================== //
    // 鞋廠開設阿迪達斯生產者
    ShoesFactory *adidasProducer = new AdidasProducer();
    // 阿迪達斯生產線產出球鞋
    Shoes *adidasShoes = adidasProducer->CreateShoes();
    // 阿迪達斯球鞋廣喊起
    adidasShoes->Show();
    // 釋放資源
    delete adidasShoes;
    delete adidasProducer;

    return 0;
}
  • 輸出結果：
[root@lincoding factory]# ./methodFactory 
我是耐克球鞋，我的廣告語：Just do it
我是阿迪達斯球鞋，我的廣告語:Impossible is nothing

抽象工廠模式

具體情形：
  • 鞋廠為了擴大了業務，不僅只生產鞋子，把運動品牌的衣服也一起生產了。
UML圖：

抽象工廠模式的結構組成（和工廠方法模式一樣）：
  1. 抽象工廠類廠（ShoesFactory）：工廠方法模式的核心類，提供創建具體產品的介面，由具體工廠類實現。
  2. 具體工廠類（NiKeProducer）：繼承於抽象工廠，實現創建對應具體產品對象的方式。
  3. 抽象產品類（Shoes\Clothe）：它是具體產品繼承的父類（基類）。
  4. 具體產品類（NiKeShoes\NiKeClothe）：具體工廠所創建的對象，就是此類。
抽象工廠模式的特點：
  • 提供一個介面，可以創建多個產品族中的產品對象。如創建耐克工廠，則可以創建耐克鞋子產品、衣服產品、褲子產品等。
抽象工廠模式的缺陷：
  • 同工廠方法模式一樣，新增產品時，都需要增加一個對應的產品的具體工廠類。
抽象工廠摸是的代碼：
  • Clothe和Shoes，分別為衣服和鞋子的抽象產品類。
  • NiKeClothe和NiKeShoes，分別是耐克衣服和耐克衣服的具體產品類。
// 基類 衣服
class Clothe
{
public:
    virtual void Show() = 0;
    virtual ~Clothe() {}
};

// 耐克衣服
class NiKeClothe : public Clothe
{
public:
    void Show()
    {
        std::cout << "我是耐克衣服，時尚我最在行！" << std::endl;
    }
};

// 基類 鞋子
class Shoes
{
public:
    virtual void Show() = 0;
    virtual ~Shoes() {}
};

// 耐克鞋子
class NiKeShoes : public Shoes
{
public:
    void Show()
    {
        std::cout << "我是耐克球鞋，讓你酷起來！" << std::endl;
    }
};
  • Factory為抽象工廠，提供了創建鞋子CreateShoes()和衣服產品CreateClothe()對象的介面。
  • NiKeProducer為具體工廠，實現了創建耐克鞋子和耐克衣服的方式。
// 總廠
class Factory
{
public:
    virtual Shoes *CreateShoes() = 0;
    virtual Clothe *CreateClothe() = 0;
    virtual ~Factory() {}
};

// 耐克生產者/生產鏈
class NiKeProducer : public Factory
{
public:
    Shoes *CreateShoes()
    {
        return new NiKeShoes();
    }
    
    Clothe *CreateClothe()
    {
        return new NiKeClothe();
    }
};
  • main函數，構造耐克工廠對象，通過耐克工廠對象再創建耐克產品族的衣服和鞋子對象。同樣，對象不再使用時，需要手動釋放資源。
int main()
{
    // ================ 生產耐克流程 ==================== //
    // 鞋廠開設耐克生產線
    Factory *niKeProducer = new NiKeProducer();
    
    // 耐克生產線產出球鞋
    Shoes *nikeShoes = niKeProducer->CreateShoes();
    // 耐克生產線產出衣服
    Clothe *nikeClothe = niKeProducer->CreateClothe();
    
    // 耐克球鞋廣告喊起
    nikeShoes->Show();
    // 耐克衣服廣告喊起
    nikeClothe->Show();
    
    // 釋放資源
    delete nikeShoes;
    delete nikeClothe;
    delete niKeProducer;


    return 0;
}
  • 輸出結果：
[root@lincoding factory]# ./abstractFactory 
我是耐克球鞋，讓你酷起來！
我是耐克衣服，時尚我最在行！

總結

以上三種工廠模式，在新增產品時，都存在一定的缺陷。

  • 簡單工廠模式，，需要去修改工廠類，這違背了開閉法則。
  • 工廠方式模式和抽象工廠模式，都需要增加一個對應的產品的具體工廠類，這就會增大了代碼的編寫量。

那麼有什麼好的方法，在新增產品時，即不用修改工廠類，也不用新增具體的工廠類？

筆者在實際項目中看到一個封裝性非常強的工廠類，在擴展新產品時，不需要修改工廠類，也不需要新增具體的工廠類，詳細內容可以跳轉至C++ 深入淺出工廠模式（進階篇）閱讀。


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