C++ 工厂模式

开闭原则

开闭原则是面向对象设计SOLID原则中的第二个原则，由Bertrand Meyer在1988年提出

Software entities (classes, modules, functions, etc.) should be open for extension, but closed for modification.

核心思想是：

• 对扩展开放

  • 允许在不修改现有代码的情况下，添加新的功能
  • 通过继承、组合、接口等方式扩展行为

• 对修改关闭

  • 现有代码应该保持稳定，不被频繁修改
  • 修改现有代码可能引入新的错误

工厂模式

通过 ai 搜索可知：工厂模式是创建型设计模式的一种，它通过定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，使一个类的实例化延迟到其子类。在C++中，工厂模式主要分为三种：简单工厂模式（Simple Factory）、工厂方法模式（Factory Method）和抽象工厂模式（Abstract Factory）。

简单工厂模式

简单工厂模式通过一个工厂类来决定创建哪种产品类的实例。用户只需要传递一个参数给工厂类，不需要关心创建细节，只需关心产品的接口。但是，每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，这会使得系统中类的个数成倍增加，增加了系统的复杂度。

实例代码如下

// 产品接口
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Shape() {}
};

// 具体产品
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a Circle" << std::endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a Rectangle" << std::endl;
    }
};

// 简单工厂
class ShapeFactory {
public:
    static std::unique_ptr<Shape> createShape(const std::string& type) {
        if (type == "circle") {
            return std::make_unique<Circle>();
        } else if (type == "rectangle") {
            return std::make_unique<Rectangle>();
        }
        return nullptr;
    }
};

// 使用示例
int main() {
    auto shape1 = ShapeFactory::createShape("circle");
    auto shape2 = ShapeFactory::createShape("rectangle");
    
    if (shape1) shape1->draw();
    if (shape2) shape2->draw();
    
    return 0;
}

Shape 为抽象产品类，通过虚函数定义产品的公共接口（

公共接口简单讲就是，通过抽象基类，所派生的产品类有相同的函数名，功能一致，但是函数实现的具体细节不完全一样

Circle 和 Rectangle 为派生出来的具体产品类，对 draw 函数有各自不一样的实现方式。为了通过参数，控制具体需要实现哪种产品类，我们可以定义简单工厂 ShapeFactory，通过 string 变量，选择需要实例化的产品类。

可以看到，抽象基类的指针也可以指向具体产品类，这样可以最大程度地节省代码改写量。

工厂方法

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。这样的模式解决了简单工厂模式中的问题，即无法对修改关闭。

// 产品接口
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Shape() {}
};

// 具体产品
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a Circle" << std::endl;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        std::cout << "Drawing a Rectangle" << std::endl;
    }
};

// 工厂方法
class ShapeFactory {
public:
	virtual std::unique_ptr<Shape> createShape() = 0;
	virtual ~ShapeFactory() = default; // 虚析构函数
};

class CircleFactory : public ShapeFactory{
public:
	std::unique_ptr<Shape> createShape() override {
		return std::make_unique<Circle>();
	}
};

class RectangleFactory : public ShapeFactory{
public:
	std::unique_ptr<Shape> createShape() override {
		return std::make_unique<Rectangle>();
	}
};

// 使用者
void drawFunc(ShapeFactory& factory){
	auto shapeDraw = factory.createShape();
	shapeDraw.draw();
};

int main(){
	CircleFactory temp;
	drawFunc(temp);
	return 0;
}

工厂方法为每个具体产品创建了独立的工厂：CircleFactory，RectangleFactory，当添加了新的产品时，也需要添加对于产品的工厂。以下是简单工厂与工厂方法的特点分析：

// 简单工厂 - 一个类负责所有产品的创建
// LoggerFactory 需要知道所有Logger的创建细节
// 职责过多，随着产品增多会变得臃肿

// 工厂方法 - 每个工厂只负责一种产品的创建
// FileLoggerCreator 只关心 FileLogger 的创建
// ConsoleLoggerCreator 只关心 ConsoleLogger 的创建
// 职责清晰，符合单一职责原则

// 如果有20种产品：
// 简单工厂：1个工厂 + 20个产品 = 21个类
// 工厂方法：1个抽象工厂 + 20个具体工厂 + 20个产品 = 41个类
// 简单工厂减少了约50%的类数量

// 简单工厂：1个工厂类 + n个产品类
// 工厂方法：1个抽象工厂 + n个具体工厂 + n个产品类
// 工厂方法多了n个具体工厂类

适合简单工厂：
// 1. 产品种类少且固定
// 2. 不需要运行时动态扩展
// 3. 追求代码简洁性
// 4. 团队规模小，变更不频繁

适合工厂方法：
// 1. 产品类型可能频繁扩展
// 2. 不同产品需要不同的初始化逻辑
// 3. 框架设计，需要让子类决定创建什么
// 4. 需要支持多种配置的产品创建

抽象工厂模式

抽象工厂模式本质上是：

1. 多个工厂方法模式的组合：每个createXxx()方法都是一个工厂方法
2. 更高层次的抽象：关注产品族而非单个产品
3. 更强的约束保证：确保创建的所有产品都是兼容的

这种层次关系体现了面向对象设计的核心思想：从简单到复杂，通过组合构建更强大的抽象。

• 只有一个产品需要创建（工厂方法）

// 只关心创建按钮
class ButtonFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
};

• 需要创建多个相关产品（演变为抽象工厂）

// 需要创建一整套UI组件
class UIFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
    virtual TextBox* createTextBox() = 0;      // 新增需求
    virtual CheckBox* createCheckBox() = 0;    // 新增需求
};

参考资料

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[1] deepseek.

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最后更新于 2025年12月21日 --- 最初发表于 2025年12月21日
原创作者：LitBro
关于作者：c++ 让人秃头
本文链接: [https://www.cnblogs.com/LitBro/p/19380077]
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