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;
}