C++设计模式之创建型模式：工厂方法模式（Factory Method） - 教程

工厂方法模式（Factory Method）是创建型设计模式的一种，它定义了一个创建对象的接口，但将具体对象的实例化延迟到子类中。这种模式通过封装对象创建过程，实现了“创建与利用分离”，提高了代码的灵活性和可扩展性。

核心角色

工厂方法模式囊括4个关键角色：

1. 产品（Product）：定义所有具体产品的公共接口。
2. 具体产品（ConcreteProduct）：搭建产品接口的具体类。
3. 工厂（Creator）：声明工厂途径（用于创建产品），返回产品类型。
4. 具体工厂（ConcreteCreator）：实现工厂方法，返回具体产品实例。

实现示例

假设我们需要设计一个文档编辑器，支持创建不同类型的文档（如文本文档、表格文档），使用工厂方法模式的实现如下：

#include <iostream>
  #include <string>
    // 1. 产品接口（Product）
    class Document
    {
    public:
    virtual void open() = 0;
    virtual void save() = 0;
    virtual ~Document() = default;
    // 虚析构函数
    };
    // 2. 具体产品A（ConcreteProduct）
    class TextDocument
    : public Document {
    public:
    void open() override {
    std::cout <<
    "打开文本文档" << std::endl;
    }
    void save() override {
    std::cout <<
    "保存文本文档" << std::endl;
    }
    };
    // 2. 具体产品B（ConcreteProduct）
    class SpreadsheetDocument
    : public Document {
    public:
    void open() override {
    std::cout <<
    "打开表格文档" << std::endl;
    }
    void save() override {
    std::cout <<
    "保存表格文档" << std::endl;
    }
    };
    // 3. 工厂接口（Creator）
    class Application
    {
    public:
    // 工厂方法（纯虚函数，由子类实现）
    virtual Document* createDocument() = 0;
    // 业务方法（使用产品）
    void newDocument() {
    Document* doc = createDocument();
    // 调用工厂方法创建产品
    doc->
    open();
    // 其他操作...
    delete doc;
    // 释放资源
    }
    virtual ~Application() = default;
    };
    // 4. 具体工厂A（ConcreteCreator）
    class TextEditor
    : public Application {
    public:
    // 实现工厂方法：创建文本文档
    Document* createDocument() override {
    return new TextDocument();
    }
    };
    // 4. 具体工厂B（ConcreteCreator）
    class SpreadsheetEditor
    : public Application {
    public:
    // 实现工厂方法：创建表格文档
    Document* createDocument() override {
    return new SpreadsheetDocument();
    }
    };
    // 客户端代码
    int main() {
    // 创建文本编辑器（具体工厂）
    Application* textApp = new TextEditor();
    textApp->
    newDocument();
    // 内部会创建文本文档
    // 创建表格编辑器（具体工厂）
    Application* sheetApp = new SpreadsheetEditor();
    sheetApp->
    newDocument();
    // 内部会创建表格文档
    // 释放资源
    delete textApp;
    delete sheetApp;
    return 0;
    }

代码解析

1. 产品接口（Document）：定义了所有文档的通用行为（open()、save()）。
2. 具体产品：TextDocument 和 SpreadsheetDocument 分别实现了文本文档和表格文档的具体功能。
3. 工厂接口（Application）：声明了工厂方法 createDocument()，并通过 newDocument() 方法使用产品（体现“创建与使用分离”）。
4. 具体工厂：TextEditor 和 SpreadsheetEditor 分别实现了创建文本文档和表格文档的工厂方法。

核心优势

1. 解耦：客户端无需知道具体产品的类名，只需通过工厂接口创建对象。
2. 可扩展性：新增产品时，只需添加对应的具体产品类和具体工厂类，无需修改现有代码（符合开闭原则）。
3. 灵活性：经过更换具体工厂，可动态改变程序所使用的产品类型。

适用场景

1. 当一个类不知道它所需要创建的对象的具体类型时。
2. 当一个类希望由子类来决定创建哪个对象时。
3. 当需要集中管理对象的创建逻辑，且未来可能扩展更多产品类型时。

与简单工厂模式的区别

• 简单工厂：由一个工厂类根据参数创建不同产品，新增产品需修改工厂类（违反开闭原则）。
• 工厂方法：每个产品对应一个具体工厂，新增产品只需新增工厂类（符合开闭原则）。

工厂方法模式更适合产品类型较多或需要频繁扩展的场景，是对轻松工厂模式的进一步抽象和优化。