【C++】简单工厂模式/工厂方法模式/抽象工厂模式对比

目录

• 一、简单工厂模式（Simple Factory Pattern）
• 二、工厂方法模式（Factory Method Pattern）
• 三、抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
• 四、三者对比总结
• 五、选择建议
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抽象工厂模式、简单工厂模式和工厂方法模式都是创建型设计模式，它们的核心目的都是将对象的创建和使用分离，但在实现复杂度、灵活性和应用场景上存在显著差异。以下从定义、结构、适用场景和代码示例四个方面进行对比分析：

一、简单工厂模式（Simple Factory Pattern）

定义与结构

• 定义：简单工厂模式是一种创建对象的方式，它将对象的创建逻辑封装在一个工厂类中，通过传入参数决定创建哪种产品。
• 核心角色：
  • 工厂类（Factory）：负责创建产品的静态方法。
  • 抽象产品（Product）：定义产品的接口。
  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品接口。

适用场景

• 产品种类较少且创建逻辑简单。
• 客户端只需通过参数指定需要创建的产品，不关心创建细节。

代码示例

// 抽象产品
class Shape {
public:
virtual void draw() = 0;
virtual ~Shape() = default;
};

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

class Rectangle : public Shape {
public:
void draw() override { std::cout << "Rectangle::draw()" << 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>();
if (type == "rectangle") return std::make_unique<Rectangle>();
return nullptr; // 错误处理
}
};

// 客户端使用
void client() {
auto circle = ShapeFactory::createShape("circle");
circle->draw(); // 输出: Circle::draw()
}

特点

• 优点：实现简单，将对象创建集中管理。
• 缺点：工厂类职责过重，新增产品需修改工厂类，违反开闭原则。

二、工厂方法模式（Factory Method Pattern）

定义与结构

• 定义：工厂方法模式定义创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。工厂方法将产品的创建延迟到子类。
• 核心角色：
  • 抽象工厂（AbstractFactory）：声明工厂方法，返回抽象产品。
  • 具体工厂（ConcreteFactory）：实现工厂方法，创建具体产品。
  • 抽象产品（Product）：定义产品的接口。
  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品接口。

适用场景

• 当一个类不知道它所需要的对象的类时（如框架设计）。
• 当一个类希望由其子类来指定创建对象时。
• 当类将创建对象的职责委托给多个子类中的某一个，并且希望在运行时动态指定时。

代码示例

// 抽象产品
class Product {
public:
virtual void operation() = 0;
virtual ~Product() = default;
};

// 具体产品
class ConcreteProductA : public Product {
public:
void operation() override { std::cout << "ConcreteProductA::operation()" << std::endl; }
};

class ConcreteProductB : public Product {
public:
void operation() override { std::cout << "ConcreteProductB::operation()" << std::endl; }
};

// 抽象工厂
class Factory {
public:
virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() = 0;
virtual ~Factory() = default;
};

// 具体工厂
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:
std::unique_ptr<Product> createProduct() override {
return std::make_unique<ConcreteProductA>();
}
};

class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:
std::unique_ptr<Product> createProduct() override {
return std::make_unique<ConcreteProductB>();
}
};

// 客户端使用
void client(Factory& factory) {
auto product = factory.createProduct();
product->operation();
}

// 使用示例
int main() {
ConcreteFactoryA factoryA;
client(factoryA); // 输出: ConcreteProductA::operation()

ConcreteFactoryB factoryB;
client(factoryB); // 输出: ConcreteProductB::operation()
}

特点

• 优点：符合开闭原则，新增产品只需添加新的具体工厂，无需修改抽象工厂和客户端。
• 缺点：工厂子类过多时会导致代码复杂度增加。

三、抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

定义与结构

• 定义：抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
• 核心角色：
  • 抽象工厂（AbstractFactory）：声明创建多个抽象产品的方法。
  • 具体工厂（ConcreteFactory）：实现抽象工厂的方法，创建一组具体产品。
  • 抽象产品族（AbstractProduct）：定义多个产品的接口。
  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品接口。

适用场景

• 系统需要独立于产品的创建、组合和表示时。
• 系统需要使用多个产品族中的一个，且产品之间有依赖关系。
• 需要动态切换产品系列时（如跨平台 UI、主题系统）。

代码示例

// 抽象产品A
class AbstractProductA {
public:
virtual void operationA() = 0;
virtual ~AbstractProductA() = default;
};

// 具体产品A1
class ProductA1 : public AbstractProductA {
public:
void operationA() override { std::cout << "ProductA1::operationA()" << std::endl; }
};

// 具体产品A2
class ProductA2 : public AbstractProductA {
public:
void operationA() override { std::cout << "ProductA2::operationA()" << std::endl; }
};

// 抽象产品B
class AbstractProductB {
public:
virtual void operationB() = 0;
virtual ~AbstractProductB() = default;
};

// 具体产品B1
class ProductB1 : public AbstractProductB {
public:
void operationB() override { std::cout << "ProductB1::operationB()" << std::endl; }
};

// 具体产品B2
class ProductB2 : public AbstractProductB {
public:
void operationB() override { std::cout << "ProductB2::operationB()" << std::endl; }
};

// 抽象工厂
class AbstractFactory {
public:
virtual std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() = 0;
virtual std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() = 0;
virtual ~AbstractFactory() = default;
};

// 具体工厂1
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
public:
std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() override {
return std::make_unique<ProductA1>();
}

std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() override {
return std::make_unique<ProductB1>();
}
};

// 具体工厂2
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
public:
std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() override {
return std::make_unique<ProductA2>();
}

std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() override {
return std::make_unique<ProductB2>();
}
};

// 客户端使用
void client(AbstractFactory& factory) {
auto productA = factory.createProductA();
auto productB = factory.createProductB();
productA->operationA();
productB->operationB();
}

// 使用示例
int main() {
ConcreteFactory1 factory1;
client(factory1); // 输出: ProductA1::operationA() 和 ProductB1::operationB()

ConcreteFactory2 factory2;
client(factory2); // 输出: ProductA2::operationA() 和 ProductB2::operationB()
}

特点

• 优点：将产品族的创建封装，保证产品间的兼容性；易于切换产品系列。
• 缺点：新增产品族需修改抽象工厂及其所有子类，违反开闭原则；实现复杂。

四、三者对比总结

五、选择建议

在实际应用中，可根据需求灵活组合这些模式，例如在抽象工厂中使用工厂方法实现具体产品的创建，或使用简单工厂管理产品注册。

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