设计模式【1】——工厂模式

前言

在面向对象系统设计中经常可以遇到以下的两类问题:

1)为了提高内聚(Cohesion)和松耦合(Coupling),我们通常会抽象出类的公共接口以形成抽象基类或者接口。基于此,我们可以通过定义一个指向基类的指针来指向实际的子类实现,达到了多态的目的。但是,当有许多的子类继承自抽象基类,我们每次要用到子类式就需要重新定义子类,诸如 new ×××的代码。这样处理会带来两个问题 :1.客户程序员必须知道实际子类的名称(当系统复杂后,命名可能就出现了问题);2.程序的扩展性和维护变得越来越困难。

2)在父类中并不知道具体要实例化哪一个具体的子类。诸如:假设我们在类 A 中要使用到类 B,B 是一个抽象父类,在 A 中并不知道具体要实例化那一个 B 的子类,但是在类 A 的子类 D 中是可以知道的。因此,在 A 中我们没有办法直接使用类似于 new ×××的语句,因为我们就不知道要定义哪个具体的子类。

以上两个问题也就引出了 Factory 模式的两个最重要的功能:

1)定义创建对象的接口,封装了对象的创建;

2)使得具体化类的工作延迟到了子类中。

一、工厂模式(Factory 模式)

我们通常使用 Factory 模式来解决上面两个问题。对于第一个问题,我们声明一个创建对象的接口,并封装了对象的创建过程。Factory 这里类似于一个真正意义上的工厂(生产对象)。对于第二个问题,需提供一个对象创建对象的接口,并在子类中提供其具体实现(因为只有在子类中可以决定到底实例化哪一个类)。下面给出了 Factory 模式对应的UML图:

工厂模式示意图

二、具体源码

1.Product.h

代码如下(示例):

#pragma once

#ifndef _PRODUCT_H_

#define _PRODUCT_H_

#include <iostream>

//纯虚函数,定义接口

class Product

{

public:

  virtual ~Product() = 0;

protected:

  Product();

private:

};

//子类中具体实现相关功能

class ConcreteProduct :public Product

{

public:

  ~ConcreteProduct();

  ConcreteProduct();

protected:

private:

};

#endif //PRODUCT_H

2.Product.cpp

代码如下(示例):

#include "Product.h"

Product::Product()

{

}

Product::~Product()

{

}

ConcreteProduct::ConcreteProduct()

{

  std::cout << "ConcreteProduct...." << std::endl;

}

ConcreteProduct::~ConcreteProduct()

{

}

3.Factory.h

代码如下(示例):

#pragma once

#ifndef _FACTORY_H_

#define _FACTORY_H_

#include"Product.h"

//工厂抽象类,定义接口CreateProduct,无法实例化

class Factory

{

public:

  virtual ~Factory() = 0;

  virtual Product* CreateProduct() = 0;

protected:

  Factory();

private:

};

//工厂子类,实现具体功能:创造相应的产品类

class ConcreteFactory :public Factory

{

public:

  ~ConcreteFactory();

  ConcreteFactory();

  //创造产品子类的具体实例,返回产品父类的指针

  Product* CreateProduct(); protected:

private:

};

#endif //FACTORY_H

4.Factory.cpp

代码如下(示例):

#include "Factory.h"

Factory::Factory()

{

}

Factory::~Factory()

{

}

ConcreteFactory::ConcreteFactory()

{

  std::cout << "ConcreteFactory....." << std::endl;

}

ConcreteFactory::~ConcreteFactory()

{

}

Product* ConcreteFactory::CreateProduct()

{

  //创建具体产品子类示例的智能指针,防止内存被消除

  std::shared_ptr<ConcreteProduct> ptr = std::make_shared<ConcreteProduct>();

  //将子类指针转化为父类指针

  return dynamic_cast<Product*>(ptr.get());

}

5.main.cpp

代码如下(示例):

#include "Factory.h"

#include "Product.h"

int main(int argc, char* argv[])

{

  Factory* fac = new ConcreteFactory();

  Product* p = fac->CreateProduct();

  return 0;

}

三、运行结果

结果如下:


运行结果

总结

Factory 模式在实际开发中应用非常广泛,面向对象的系统经常面临着对象创建问题:要创建的类实在是太多了。而 Factory 提供的创建对象的接口封装(第一个功能),以及其将类的实例化推迟到子类(第二个功能)都部分地解决了实际问题。但是如果每新添一个具体的 ConcreteProduct 类,那么我们必须在系统中添加了一个工厂来处理这个新建的ConcreteProduct。在实现中我们可以通过参数化工厂方法,即给 FactoryMethod()传递一个参数用以决定是创建具体哪一个具体的 Product。当然也可以通过模板化避免这个问题,其方法就是将具体 Product 类作为模板参数,实现起来也很简单。这些实现细节需要我们遇到具体问题具体分析。

本文参考《设计模式精解-GoF 23 种设计模式解析附 C++实现源码》,对内容进行整理,方便大家学习。如想学习详细内容,请参考此书。

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