C++设计模式----工厂模式-创新互联
文章目录
工厂模式介绍
简单工厂模式 简单工厂模式具体的应用情景
工厂方法模式
抽象工厂模式 工厂方法模式具体的应用情景1—战斗场景分类
工厂模式总结
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- 工厂模式介绍
- 简单工厂模式
- 简单工厂模式具体的应用情景
- 简单工厂模式的定义
- 工厂方法模式
- 工厂方法模式具体的应用情景
- 工厂方法模式的定义
- 抽象工厂模式
- 工厂方法模式具体的应用情景1---战斗场景分类
- 工厂方法模式具体的应用情景2---不同厂商生产不同产品
- 抽象工厂模式的定义
- 抽象工厂模式的优缺点
- 工厂方法模式和抽象工厂模式的区别
- 工厂模式总结
工厂模式介绍
使用new创建堆对象，可以实现多态。
而工厂模式，则是把创建对象的代码包装起来，做到创建对象的代码与具体的业务逻辑代码相隔离的目的。
工厂模式细分为三种：简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。
简单工厂模式 简单工厂模式具体的应用情景
还是假设你是一名游戏程序员，游戏策划告诉你现在有三种怪物：亡灵类怪物、元素类怪物、机械类怪物，它们和主角一样，都有生命值、魔法值、攻击力三个属性。你该如何设计？
你可以选择一个抽象类Monster为父类，然后三种怪物 M_Undead（亡灵类怪物）、M_Element（元素类怪物）、M_Mechanic（机械类怪物） 继承自父类。
#includeusing namespace std;
namespace hjl_project
{//怪物父类
class Monster
{public:
Monster(int life, int magic, int attack)
: m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack)
{}
virtual ~Monster() {}
protected:
//怪物属性
int m_life;
int m_magic;
int m_attack;
};
//亡灵类怪物
class M_Undead : public Monster
{public:
M_Undead(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个亡灵类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Undead() {}
};
//元素类怪物
class M_Element : public Monster
{public:
M_Element(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个元素类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Element() {}
};
//机械类怪物
class M_Mechanic : public Monster
{public:
M_Mechanic(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个机械类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Mechanic() {}
};
} 接下来，如果你想实例化出怪物，可以选择直接new创建：
但是上面这样创建怪物的写法，我们需要依赖具体怪物的类名（不知道类名就创建不出怪物）。后续怪物种类增加，继续采用这种方式实在是太低效且难以维护了。
从上面不难看出来，使用new+具体类名来创建对象是一种依赖具体类型的紧耦合关系。
所以我们可以选择增加一个“怪物工厂类”，来帮助我们来创建怪物。通过这样的方式，即使以后怪物种类增加了，main函数中的代码也可以尽量保持稳定。
因为main函数与各个具体怪物类对象要实现的逻辑代码隔离了，这就是简单工厂模式的实现思路。
//怪物工厂类，用来生产怪物对象
class MonsterFactory
{public:
// monster_type为怪物的种类，
//当然如果想要指定生命值、魔法值、攻击力，也可以修改参数
Monster *createMonster(string monster_type)
{Monster *p_monster_obj = nullptr;
//创建亡灵类怪物
if (monster_type == "udd")
{p_monster_obj = new M_Undead(300, 50, 80);
}
//创建元素类怪物
else if (monster_type == "ele")
{p_monster_obj = new M_Element(500, 50, 80);
}
//创建机械类怪物
else if (monster_type == "mec")
{p_monster_obj = new M_Mechanic(300, 100, 80);
}
return p_monster_obj;
}
};
到此为止，我们与怪物类的依赖就变成了与“怪物工厂类”的依赖，依赖关系缩小了，提高了代码的可维护性和可扩展性。 比如，如果以后我们想给怪物属性增加一个参数“防御力”，如果采用原来new的方式，我们需要把每个new的地方都修改了，而采用工厂模式，只需要修改“怪物工厂类”里面的一个函数即可。
但是这样设计也有一个缺点，那就是如果后续我们想增加一个新的怪物类，比如“异能类怪物”，我们就需要修改“怪物工厂类”中的代码，增加新的else if分支。这违背了六大设计原则之中的 “开闭原则”。当然，如果if else分支不多（没有十几个），违背一下“开闭原则”也没问题。
定义一个工厂类，该类可以根据不同的参数创建并返回不同的类对象，被创建的对象所属的类一般都具有相同的父类。
调用者无需关心对象的具体实现细节。
实现了创建对象的代码（工厂类的createMonster），与具体的类（各种怪物类）解耦合的效果。
工厂方法模式
工厂方法模式是使用频率最高的工厂模式。该模式又被简称为 工厂模式或者多态工厂模式。
上面提到简单工厂模式违背了“开闭原则”，而工厂方法模式通过增加 “新的工厂类” 来创建新的怪物类型，而不会修改原来的函数。
工厂方法模式具体的应用情景还是以上面的怪物类型为例子。
我们需要在不修改原来createMonster函数的情况下，增加新的怪物类，如果按照上面简单工厂模式的设计思路，只有一个工厂类，是不可能做到不修改createMonster函数从而增加新的怪物类创建的。
我们可以给每个怪物类都实现一个工厂类，这些工厂类有一个共同的父类（工厂抽象类），通过每个怪物类的工厂类对象，就可以创建出不同的怪物；
如果后续要增加新的怪物类型，只需要再实现一个对应的工厂类即可，并不会修改原来的工厂类。
#includeusing namespace std;
namespace hjl_project
{//怪物父类
class Monster
{public:
Monster(int life, int magic, int attack)
: m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack)
{}
virtual ~Monster() {}
protected:
//怪物属性
int m_life;
int m_magic;
int m_attack;
};
//亡灵类怪物
class M_Undead : public Monster
{public:
M_Undead(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个亡灵类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Undead() {}
};
//元素类怪物
class M_Element : public Monster
{public:
M_Element(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个元素类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Element() {}
};
//机械类怪物
class M_Mechanic : public Monster
{public:
M_Mechanic(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "创建了一个机械类怪物"<< endl;
}
virtual ~M_Mechanic() {}
};
//工厂父类
class M_ParFactory
{public:
virtual Monster *createMonster() = 0;
virtual ~M_ParFactory() {}
};
//亡灵类怪物的生产工厂
class M_UndeadFactory : public M_ParFactory
{public:
virtual Monster *createMonster()
{Monster *p_monster_obj = nullptr;
return new M_Undead(300, 50, 80);
}
virtual ~M_UndeadFactory() {}
};
//元素类怪物的生产工厂
class M_ElementFactory : public M_ParFactory
{public:
virtual Monster *createMonster()
{Monster *p_monster_obj = nullptr;
return new M_Element(300, 50, 80);
}
virtual ~M_ElementFactory() {}
};
//机械类怪物的生产工厂
class M_MechanicFactory : public M_ParFactory
{public:
virtual Monster *createMonster()
{Monster *p_monster_obj = nullptr;
return new M_Mechanic(300, 50, 80);
}
virtual ~M_MechanicFactory() {}
};
//如果后续增加新的怪物类，只需要再实现一个该怪物类的工厂类即可
//全局的用于创建怪物对象的函数，形参的类型是工厂父类类型的指针，
//返回类型是怪物父类类型的指针
Monster *Gbl_CreateMonster(M_ParFactory *factory)
{//根据factory类型，创建不同的怪物
return factory->createMonster();
}
}
int main()
{//先创建一个亡灵怪物的工厂类，然后再通过该工厂类创建亡灵类怪物的对象
hjl_project::M_ParFactory *p_udd_fy = new hjl_project::M_UndeadFactory();
hjl_project::Monster *pM1 = hjl_project::Gbl_CreateMonster(p_udd_fy);
//hjl_project::Monster *pM1 = p_udd_fy->createMonster();
hjl_project::M_ParFactory *p_ele_fy = new hjl_project::M_ElementFactory();
hjl_project::Monster *pM2 = hjl_project::Gbl_CreateMonster(p_ele_fy);
hjl_project::M_ParFactory *p_mec_fy = new hjl_project::M_MechanicFactory();
hjl_project::Monster *pM3 = hjl_project::Gbl_CreateMonster(p_mec_fy);
delete p_udd_fy, pM1, p_ele_fy, pM2, p_mec_fy, pM3;
return 0;
} 增加新类，通过增加扩展而不是修改已有代码的方式来实现创建新类对象，符合“开闭原则”。
到这里，估计你会发现，我们每实现一个怪物类，就需要实现一个对应的怪物工厂类，有点麻烦，其实我们可以通过模板来优化这一步操作。
//T代表不同怪物的类型
templateclass M_ChildFactory : public M_ParFactory
{public:
virtual Monster *createMonster()
{return new T(300, 50, 80);
}
}; 
定义一个用于创建对象的接口（工厂父类），由子类（各种怪物的工厂类）决定要实例化的类（创建的怪物）是哪一个。
工厂方法模式使得某个类的实例化延迟到了子类。
工厂方法模式的好处：
- 采用封装的方式，易于修改，如果直接用new的话，后续增加参数（比如增加“防御力”属性）会很麻烦，而采用工厂类，只需要修改成员函数即可。
- 创建对象前如果需要一些额外的业务代码，就可以将这些代码增加到具体工厂类的createMonster函数中。
- 简单工厂模式把创建对象这件事放到了一个统一的地方来处理（都是通过一个类来完成），可扩展性比较差。工厂方法模式相当于建立了一个程序实现框架，从而让子类来决定对象如何创建对象。
工厂方法模式往往需要创建一个与产品等级结构（层次）相同的工厂等级结构，这也增加了各种类的层次结构和数目。
抽象工厂模式 工厂方法模式具体的应用情景1—战斗场景分类
你还是那名游戏程序员，随着你们游戏的发展，战斗场景也逐渐增多，比如战斗的场景有山脉、沼泽、城镇等。
游戏策划这时候想让你在不同的场景下创建不同的怪物，相同类型的怪物在不同场景下属性各不相同，比如亡灵类怪物在山脉中攻击力就比在城镇中高。
目前的怪物有三种：亡灵类、元素类、机械类。通过排列组合，你发现如果按照不同的场景划分不同的怪物，一共有九种类型。
如果按照工厂方法模式的设计思路，就需要创建九个工厂子类，有点麻烦。
有没有一种方法，能够让一个工厂子类能够创建多种具有相同规则的怪物对象呢？这就是抽象工厂模式的思想。
我们引入两个概念：产品等级结构和产品族。
抽象工厂模式按照产品族来生产产品（产地相同的用一个工厂来生产），即一个地点有一个工厂，该工厂负责生产本地区的所有产品。
于是，你可以创建一个抽象工厂类，这个抽象类里有三个生产接口，分别可以用来生产三种类型的怪物，后面不同的场景如沼泽、山脉等都可以通过继承这个抽象工厂类，来重写这三个生产接口。这样，就可以生产出九种不同类型的怪物了。
#includeusing namespace std;
namespace hjl_project
{//怪物父类
class Monster
{public:
Monster(int life, int magic, int attack)
: m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack)
{}
virtual ~Monster() {}
protected:
//怪物属性
int m_life;
int m_magic;
int m_attack;
};
//-----------------------------沼泽地区的怪物----------------
//沼泽亡灵类怪物
class M_Undead_Swamp : public Monster
{public:
M_Undead_Swamp(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个沼泽亡灵类怪物"<< endl;
}
};
//沼泽元素类怪物
class M_Element_Swamp : public Monster
{public:
M_Element_Swamp(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个沼泽元素类怪物"<< endl;
}
};
//沼泽机械类怪物
class M_Mechanic_Swamp : public Monster
{public:
M_Mechanic_Swamp(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个沼泽机械类怪物"<< endl;
}
};
//-----------------------------山脉地区的怪物----------------
//山脉亡灵类怪物
class M_Undead_Mountain : public Monster
{public:
M_Undead_Mountain(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个山脉亡灵类怪物"<< endl;
}
};
//山脉元素类怪物
class M_Element_Mountain : public Monster
{public:
M_Element_Mountain(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个山脉元素类怪物"<< endl;
}
};
//山脉机械类怪物
class M_Mechanic_Mountain : public Monster
{public:
M_Mechanic_Mountain(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个山脉机械类怪物"<< endl;
}
};
//-----------------------------城市地区的怪物----------------
//城市亡灵类怪物
class M_Undead_Town : public Monster
{public:
M_Undead_Town(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个城市亡灵类怪物"<< endl;
}
};
//城市元素类怪物
class M_Element_Town : public Monster
{public:
M_Element_Town(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个城市元素类怪物"<< endl;
}
};
//城市机械类怪物
class M_Mechanic_Town : public Monster
{public:
M_Mechanic_Town(int life, int magic, int attack)
: Monster(life, magic, attack)
{cout<< "生产出一个城市机械类怪物"<< endl;
}
};
//-----------------工厂类-----------------
class M_ParFactory
{public:
//创建亡灵类怪物
virtual Monster *createMonster_Undead() = 0;
//创建元素类怪物
virtual Monster *createMonster_Element() = 0;
//创建机械类怪物
virtual Monster *createMonster_Mechanic() = 0;
virtual ~M_ParFactory() {}
};
//沼泽地区的工厂
class M_Factory_Swamp : public M_ParFactory
{public:
//创建亡灵类怪物
virtual Monster *createMonster_Undead()
{return new M_Undead_Swamp(300, 50, 120);
}
//创建元素类怪物
virtual Monster *createMonster_Element()
{return new M_Element_Swamp(400, 50, 120);
}
//创建机械类怪物
virtual Monster *createMonster_Mechanic()
{return new M_Mechanic_Swamp(300, 150, 120);
}
};
//山脉地区的工厂
class M_Factory_Mountain : public M_ParFactory
{public:
//创建亡灵类怪物
virtual Monster *createMonster_Undead()
{return new M_Undead_Mountain(30, 50, 120);
}
//创建元素类怪物
virtual Monster *createMonster_Element()
{return new M_Element_Mountain(40, 50, 120);
}
//创建机械类怪物
virtual Monster *createMonster_Mechanic()
{return new M_Mechanic_Mountain(30, 150, 120);
}
};
//城市地区的工厂
class M_Factory_Town : public M_ParFactory
{public:
//创建亡灵类怪物
virtual Monster *createMonster_Undead()
{return new M_Undead_Town(30, 500, 120);
}
//创建元素类怪物
virtual Monster *createMonster_Element()
{return new M_Element_Town(40, 500, 120);
}
//创建机械类怪物
virtual Monster *createMonster_Mechanic()
{return new M_Mechanic_Town(30, 1500, 120);
}
};
}
int main()
{//创建一个山脉地区的工厂，然后创建一个山脉地区的亡灵类怪物
hjl_project::M_ParFactory *p_mou_fy = new hjl_project::M_Factory_Mountain();
hjl_project::Monster *pM1 = p_mou_fy->createMonster_Undead();
//创建一个沼泽地区的工厂，然后创建一个沼泽地区的机械类怪物
hjl_project::M_ParFactory *p_swa_fy = new hjl_project::M_Factory_Swamp();
hjl_project::Monster *pM2 = p_swa_fy->createMonster_Mechanic();
//创建一个沼泽地区的工厂，然后创建一个沼泽地区的元素类怪物
hjl_project::M_ParFactory *p_tow_fy = new hjl_project::M_Factory_Town();
hjl_project::Monster *pM3 = p_tow_fy->createMonster_Element();
return 0;
} 
现在有一款玩具娃娃，它的部件有 身体、衣服、鞋子组成；这些部件由三个国家的厂商制作：中国、日本、美国。
你需要制作两个娃娃，第一个娃娃的要求：身体、衣服、鞋子全部采用中国厂商制作。第二个娃娃的要求：身体由中国厂商制作，衣服由日本厂商制作，鞋子由美国厂商制作。
你可以这样设计：
由于身体、衣服、鞋子三种部件都可以被不同的厂商生产，所以可以设置身体、衣服、鞋子的抽象类，然后继承实现不同厂商生产的子类，比如中国生产的身体类。
实现一个工厂抽象类，其中三个抽象函数来生产三种部件，不同厂商通过继承和多态来实现生产属于自己的三种部件。
最后设置娃娃类，通过传入三种部件的抽象指针，来组装娃娃。
#includeusing namespace std;
namespace hjl_project2
{//身体抽象类
class Body
{public:
virtual void getName() = 0;
virtual ~Body() {}
};
//衣服抽象类
class Clothes
{public:
virtual void getName() = 0;
virtual ~Clothes() {}
};
//鞋子抽象类
class Shoes
{public:
virtual void getName() = 0;
virtual ~Shoes(){};
};
//------------------娃娃类-----------
class Doll
{public:
Doll(Body *p_body, Clothes *p_clothes, Shoes *p_shoes)
: body(p_body), clothes(p_clothes), shoes(p_shoes)
{}
//组装接口
void Assemble()
{cout<< "组装一个娃娃"<< endl;
body->getName();
clothes->getName();
shoes->getName();
}
private:
Body *body;
Clothes *clothes;
Shoes *shoes;
};
//-------------工厂类------------
class AbstractFactory
{public:
//工厂稳定地创建三个部件
virtual Body *createBody() = 0;
virtual Clothes *createClothes() = 0;
virtual Shoes *createShoes() = 0;
virtual ~AbstractFactory() {}
};
//中国厂商实现三个部件
class China_Body : public Body
{public:
void getName()
{cout<< "中国厂商生产身体部件"<< endl;
}
};
class China_Clothes : public Clothes
{public:
void getName()
{cout<< "中国厂商生产衣服部件"<< endl;
}
};
class China_Shoes : public Shoes
{public:
void getName()
{cout<< "中国厂商生产鞋子部件"<< endl;
}
};
//中国工厂
class ChinaFactory : public AbstractFactory
{public:
Body *createBody()
{return new China_Body;
}
Clothes *createClothes()
{return new China_Clothes;
}
Shoes *createShoes()
{return new China_Shoes;
}
};
//日本厂商实现三个部件
class Japan_Body : public Body
{public:
void getName()
{cout<< "日本厂商生产身体部件"<< endl;
}
};
class Japan_Clothes : public Clothes
{public:
void getName()
{cout<< "日本厂商生产衣服部件"<< endl;
}
};
class Japan_Shoes : public Shoes
{public:
void getName()
{cout<< "日本厂商生产鞋子部件"<< endl;
}
};
//日本工厂
class JapanFactory : public AbstractFactory
{public:
Body *createBody()
{return new Japan_Body;
}
Clothes *createClothes()
{return new Japan_Clothes;
}
Shoes *createShoes()
{return new Japan_Shoes;
}
};
//美国厂商实现三个部件
class America_Body : public Body
{public:
void getName()
{cout<< "美国厂商生产身体部件"<< endl;
}
};
class America_Clothes : public Clothes
{public:
void getName()
{cout<< "美国厂商生产衣服部件"<< endl;
}
};
class America_Shoes : public Shoes
{public:
void getName()
{cout<< "美国厂商生产鞋子部件"<< endl;
}
};
//美国工厂
class AmericaFactory : public AbstractFactory
{public:
Body *createBody()
{return new America_Body;
}
Clothes *createClothes()
{return new America_Clothes;
}
Shoes *createShoes()
{return new America_Shoes;
}
};
}
int main()
{//创建第一个娃娃
// 1.创建一个中国工厂
hjl_project2::AbstractFactory *p_china_factory = new hjl_project2::ChinaFactory();
// 2.创建中国工厂生产的部件
hjl_project2::Body *p_china_body = p_china_factory->createBody();
hjl_project2::Clothes *p_china_clothes = p_china_factory->createClothes();
hjl_project2::Shoes *p_china_shoes = p_china_factory->createShoes();
// 3.使用部件创建娃娃，然后组装
hjl_project2::Doll *p_obj1 = new hjl_project2::Doll(p_china_body, p_china_clothes, p_china_shoes);
p_obj1->Assemble();
cout<< "----------------------------------"<< endl;
//创建第二个娃娃
// 1.创建另外的日本和美国工厂
hjl_project2::AbstractFactory *p_japan_factory = new hjl_project2::JapanFactory();
hjl_project2::AbstractFactory *p_america_factory = new hjl_project2::AmericaFactory();
// 2.创建生产部件
hjl_project2::Body *p_china_body2 = p_china_factory->createBody();
hjl_project2::Clothes *p_japan_clothes = p_japan_factory->createClothes();
hjl_project2::Shoes *p_america_shoes = p_america_factory->createShoes();
// 3.使用部件创建娃娃，然后组装
hjl_project2::Doll *p_obj2 = new hjl_project2::Doll(p_china_body2, p_japan_clothes, p_america_shoes);
p_obj2->Assemble();
delete p_china_factory, p_china_body, p_china_clothes, p_china_shoes, p_obj1, p_japan_factory, p_america_factory, p_china_body2, p_japan_clothes, p_america_shoes, p_obj2;
return 0;
} 
提供一个接口（抽象工厂类），让该接口负责创建一系列相关或者互相依赖的对象（情景1中的三种怪物抽象类型，情景2中的三种部件抽象类型），而无需指定它们具体的类（三种具体的怪物，亡灵类等，三种部件的具体类型，中国厂商生产的身体类型等）。
抽象工厂模式的优缺点- 增加新的场景，如森林场景，怪物种类不变，则只需要增加一个新的子工厂。符合“开闭原则”。即只增加一个新的产品族，就只需要一个新的工厂子类,这是抽象工厂模式的优点。
- 如果增加了新的怪物种类，比如“异能类怪物”，那就需要在工厂父类和子类中都增加响应的接口。不符合“开闭原则”，不太适合抽象工厂模式。即增加新产品等级结构，则需要修改抽象层的代码，这是抽象工厂模式的缺点，应避免在产品等级结构不稳定的情况下使用该模式。
工厂方法模式适合于用一个工厂生产一个产品。
抽象工厂模式适合于用一个工厂生产多个产品。
工厂模式总结
从代码的实现复杂度来看，简单工厂模式最简单，工厂方法模式次之，抽象工厂模式最复杂。如果将简单工厂模式的代码修改得符合“开闭原则”，就变成了工厂方法模式；如果修改工厂方法模式的代码，使得一个工厂支持多个产品的生产，那就成了抽象工厂模式。
从需要的工厂数量上来看，简单工厂数量最少只有一个，工厂方法模式需要的工厂数量最多，抽象工厂模式能够有效减少工厂方法模式中工厂的数量。
从实际应用上，如果产品数量很少又不经常修改产品类型，只需要使用简单工厂模式即可；如果产品数量很多或者为了满足“开闭原则”，则可以使用工厂方法模式；如果有很多厂商并且一个厂商生产很多产品，则要使用抽象工厂模式。
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