设计模式之工厂模式（学习笔记）

2024-07-17 10:13 由大雄的叮当猫发表于 #软件设计

定义

工厂方法模式是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但由子类来决定实例化哪一个类。工厂方法使得类的实例化延迟到子类，这样可以让客户端在不需要知道具体类的情况下创建对象。工厂方法模式通过使用继承和多态性，允许子类来控制对象的创建方式，能够更好地应对对象创建的复杂性和变化性。

为什么使用工厂方法模式？

1. 遵循开闭原则

- 工厂方法模式通过引入新的子类来扩展系统，而不需要修改现有代码，从而符合开闭原则。

2. 更灵活的对象创建

- 工厂方法模式将对象创建延迟到子类，这样可以通过重写工厂方法来定制对象的创建过程。

3. 支持产品族的扩展

- 当系统中有多个产品等级结构时，可以通过工厂方法模式来管理不同等级的产品创建过程。

实现步骤

1. 定义抽象产品类

- 定义所有具体产品类的共同接口，客户端将通过这个接口来使用具体产品。

2. 实现具体产品类

- 实现产品接口的具体产品类，这些类包含了产品的实际业务逻辑。

3. 定义抽象工厂类

- 定义一个抽象工厂类，包含一个用于创建产品对象的抽象方法，子类将实现该方法来创建具体产品对象。

4. 实现具体工厂类

- 继承抽象工厂类并实现其抽象方法，具体工厂类负责创建具体产品对象。

优缺点和适用场景

优点

1. 遵循开闭原则

- 新增产品时无需修改已有系统代码，符合开闭原则。

2. 更灵活的对象创建

- 子类可以通过重写工厂方法来定制对象的创建过程，提供更灵活的对象创建机制。

3. 支持产品族扩展

- 能够很好地应对产品族的扩展和变化。

缺点

1. 增加类的数量

- 每新增一种产品类型，都需要增加一个具体工厂类，可能导致系统中类的数量增加。

2. 复杂度增加

- 与简单工厂模式相比，工厂方法模式引入了更多的类和接口，增加了系统的复杂性。

适用场景

1. 系统需要灵活和可扩展的对象创建机制

- 当系统需要灵活地创建对象，并且能够应对产品族的变化时，可以使用工厂方法模式。

2. 遵循开闭原则

- 当系统需要遵循开闭原则，避免修改现有代码来扩展新功能时，适合使用工厂方法模式。

工厂方法模式与简单工厂模式的对比

1. 职责分配

- 简单工厂模式将对象创建集中在一个工厂类中，而工厂方法模式将对象创建延迟到具体子类中，职责更加分散。

2. 开闭原则

- 简单工厂模式在引入新产品时需要修改工厂类，违背了开闭原则；工厂方法模式通过新增具体工厂类来扩展新产品，符合开闭原则。

3. 复杂性

- 简单工厂模式结构较为简单，适用于创建逻辑不复杂的场景；工厂方法模式结构较为复杂，适用于创建逻辑复杂且需要灵活扩展的场景。

咖啡店的例子

我们可以使用工厂方法模式来实现咖啡店不同类型咖啡的创建。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

// 抽象产品类：咖啡
class Coffee {
public:
    virtual ~Coffee() {}
    virtual std::string getDescription() const = 0;
    virtual double cost() const = 0;
};

// 具体产品类：美式咖啡
class Americano : public Coffee {
public:
    std::string getDescription() const override {
        return "Americano";
    }
    double cost() const override {
        return 5.0;
    }
};

// 具体产品类：拿铁咖啡
class Latte : public Coffee {
public:
    std::string getDescription() const override {
        return "Latte";
    }
    double cost() const override {
        return 6.0;
    }
};

// 抽象工厂类
class CoffeeFactory {
public:
    virtual ~CoffeeFactory() {}
    virtual std::shared_ptr<Coffee> createCoffee() const = 0;
};

// 具体工厂类：美式咖啡工厂
class AmericanoFactory : public CoffeeFactory {
public:
    std::shared_ptr<Coffee> createCoffee() const override {
        return std::make_shared<Americano>();
    }
};

// 具体工厂类：拿铁咖啡工厂
class LatteFactory : public CoffeeFactory {
public:
    std::shared_ptr<Coffee> createCoffee() const override {
        return std::make_shared<Latte>();
    }
};

int main() {
    // 创建美式咖啡
    std::shared_ptr<CoffeeFactory> americanoFactory = std::make_shared<AmericanoFactory>();
    std::shared_ptr<Coffee> americano = americanoFactory->createCoffee();
    std::cout << "Description: " << americano->getDescription() << ", Cost: " << americano->cost() << " RMB" << std::endl;

    // 创建拿铁咖啡
    std::shared_ptr<CoffeeFactory> latteFactory = std::make_shared<LatteFactory>();
    std::shared_ptr<Coffee> latte = latteFactory->createCoffee();
    std::cout << "Description: " << latte->getDescription() << ", Cost: " << latte->cost() << " RMB" << std::endl;

    return 0;
}