开发随笔1 - 现代C++对象工厂模式实现

这篇文章将介绍一个基于现代C++特性的对象工厂实现方案，该方案采用了模板元编程和静态注册技术，为创建对象提供了灵活且类型安全的机制。

核心设计理念

这个工厂模式实现包含三个关键组件：

1. ObjectFactory模板类‌：通用的工厂基类，提供对象注册和创建功能
2. AutoRegister辅助类‌：自动注册具体产品类的工具类
3. REGISTER_PRODUCT宏‌：简化注册过程的语法糖

技术亮点

1. 类型安全‌：通过模板参数确保产品类型匹配
2. 自动注册‌：利用静态变量初始化实现零配置注册
3. 内存管理‌：使用shared_ptr自动管理对象生命周期
4. 单例模式‌：Meyer's singleton保证静态数据安全初始化
5. 简洁接口‌：提供清晰的工厂API（register/create/clear）

代码

#include <functional>
#include <map>
#include <memory>

template<class AbstractProduct, class ProductID = std::string>
class ObjectFactory
{
public:
    using ProductPtr = std::shared_ptr<AbstractProduct>;
    using Builder = std::function<ProductPtr()>;

    static void registerBuilder(const ProductID& id, Builder builder)
    {
        getBuilders().insert_or_assign(id,builder);
    }

    template<typename ConcreteProduct,typename... Args>
    static void registerBuilder(const ProductID& id)
    {
        registerBuilder(id,[]()
        {
            return std::make_shared<ConcreteProduct>();
        });
    }

    static ProductPtr create(const ProductID& id)
    {
        auto it = getBuilders().find(id);
        return it != getBuilders().end() ? it->second() : nullptr;
    }

    static void clear()
    {
        getBuilders().clear();
    }
private:
    static std::unordered_map<ProductID, Builder>& getBuilders()
    {
        static std::unordered_map<ProductID, Builder> instance;
        return instance;
    }
};

template<class AbstractProduct, class ConcreteProduct, class ProductID = std::string>
class AutoRegister
{
public:
    explicit AutoRegister(const ProductID& id)
    {
        ObjectFactory<AbstractProduct,ProductID>::template registerBuilder<ConcreteProduct>(id);
    }
};

#define REGISTER_PRODUCT(AbstractType, ConcreteType, id) \
    namespace\
    { \
        AutoRegister<AbstractType, ConcreteType> auto_reg_##ConcreteType(id); \
    }

使用方式

using namespace std;

class Animal
{
public:
    virtual void say() = 0;
};

class Cat : public Animal
{
public:
    Cat()
    {
    }
    
    void say()
    {
        std::cout<<"i am cat"<<std::endl;
    }
private:
};

class Dog : public Animal
{
public:
    void say()
    {
        std::cout<<"i am dog"<<std::endl;
    }
};

REGISTER_PRODUCT(Animal, Cat,"Cat")
REGISTER_PRODUCT(Animal, Dog,"Dog")

int main()
{
    auto animal1 = ObjectFactory<Animal,std::string>::create("Cat");
    animal1->say();

    auto animal2 = ObjectFactory<Animal,std::string>::create("Dog");
    animal2->say();
    return 0;
}