C++设计模式——工厂模式Factory Method

动机（Motivation）

• 在软件系统中，经常面临着创建对象的工作；由于需求的变化，需要创建的对象的具体类型经常变化。
• 如何应对这种变化？如何绕过常规的对象创建方法(new)，提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“具体对象创建工作”的紧耦合？

模式定义

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使得一个类的实例化延迟（目的：解耦，手段：虚函数）到子类。 ——《设计模式》GoF

模式举例

之前在观察者模式中提到了文件分割器的例子，这里再用文件分割器例子来说明一下。文件分割器可能不止有一种二进制文件分割器，可能还会有文本文件分割器、图像文件分割器、视频文件分割器等等，面对不同的需求，需要经常创建不同的具体类型。

class ISplitter{
public:
    virtual void split()=0;
    virtual ~ISplitter() {}
};

class BinarySplitter : public ISplitter{

};

class TxtSplitter: public ISplitter{

};

class PictureSplitter: public ISplitter{

};

class VideoSplitter: public ISplitter{

};

class MainForm : public Form{
    TextBox* txtFilePath;
    TextBox* txtFileNumber;
    ProgressBar* progressBar;

public:
    void Button1_Click()
    {
        ISplitter * splitter= new BinarySplitter();//依赖具体类
        splitter->split();

    }
};

但这样设计一旦需求发生了变化，就要不断地更改代码，splitter依赖具体的实现类。

使用工厂模式可以解决这个问题。定义了一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到子类。

//抽象类
class ISplitter{
public:
    virtual void split()=0;
    virtual ~ISplitter(){}
};


//工厂基类
class SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter()=0;
    virtual ~SplitterFactory(){}
};


//具体类
class BinarySplitter : public ISplitter{
    
};

class TxtSplitter: public ISplitter{
    
};

class PictureSplitter: public ISplitter{
    
};

class VideoSplitter: public ISplitter{
    
};

//具体工厂
class BinarySplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new BinarySplitter();
    }
};

class TxtSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new TxtSplitter();
    }
};

class PictureSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new PictureSplitter();
    }
};

class VideoSplitterFactory: public SplitterFactory{
public:
    virtual ISplitter* CreateSplitter(){
        return new VideoSplitter();
    }
};


class MainForm : public Form
{
    SplitterFactory*  factory;//工厂
public:
    MainForm(SplitterFactory*  factory){
        this->factory=factory;//区分函数成员与参数
    }
    void Button1_Click(){
        ISplitter * splitter= factory->CreateSplitter(); //多态new
        splitter->split();
    }
};

//MainForm没有依赖具体类了

结构（Structure）

要点总结

• Factory Method模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型，紧耦合关系(new)会导致软件的脆弱。
• Factory Method模式通过面向对象的手法，将所要创建的具体对象工作延迟到子类，从而实现一种扩展（而非更改）的策略，较好地解决了这种紧耦合关系。
• Factory Method模式解决“单个对象”的需求变化。缺点在于要求创建方法/参数相同。

基本代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Product {
public:
    virtual ~Product(){}
    virtual void Operation() = 0;
};

class ConcreteProductA : public Product {
public:
    void Operation() { cout << "ConcreteProductA" << endl; }
};

class ConcreteProductB : public Product {
public:
    void Operation() { cout << "ConcreteProductB" << endl; }
};

class Creator{
public:
    virtual Product* FactoryMethod() = 0;
    virtual ~Creator(){}
};

class ConcreteCreatorA : public Creator {
public:
    Product* FactoryMethod() { return new ConcreteProductA(); }
};

class ConcreteCreatorB : public Creator {
public:
    Product* FactoryMethod() { return new ConcreteProductB(); }
};

int main() {
    Creator* ca = new ConcreteCreatorA();
    Product* pa = ca->FactoryMethod();
    pa->Operation(); // ConcreteProductA

    Creator* cb = new ConcreteCreatorB();
    Product* pb = cb->FactoryMethod();
    pb->Operation(); // ConcreteProductB

    delete ca;
    delete pa;
    delete cb;
    delete pb;

    return 0;
}