C++设计模式 —— 工厂模式

天堂的恶魔9462025-02-10 7:07

C++设计模式 ------ 工厂模式

C++除了单例模式用的广之外，工厂模式也是一种常用的设计模式。我们先不来讲概念，我们来看一个实例就知道了：

一个例子

假设你是一个Pizza店的老板，不同的顾客会点不同的Pizza，如果每个Pizza都得自己来动手，自己要累死，所以我们想有一个机器能根据不同的要求做不同的Pizza。

抽象出基本特征

无论是什么Pizza，只要它是一个Pizza就有一些基本特征，还有一些基本流程是一样的，我们可以用一个抽象类来把这些抽象的特征组织到一起：

cpp 复制代码 
class Pizza
{
protected:
	virtual void prepare() = 0;
	virtual void bake() = 0;
	virtual void cut() = 0;
	virtual~Pizza()
	{

	}
};

如果我们有具体的产品，就继承这个基础抽象类：

cpp 复制代码 
class Pizza
{
public:
	virtual void prepare() = 0;
	virtual void bake() = 0;
	virtual void cut() = 0;
	virtual~Pizza();
};

class ItailanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare() 
	{
		std::cout << "ItailanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "ItailanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "ItailanPizza切割" << std::endl;
	}
};

class AmericanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare()
	{
		std::cout << "AmericanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "AmericanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "AmericanPizza切割" << std::endl;
	}
};

接下来我们最核心的来了，要有一个工厂类来负责对对象进行创建：

cpp 复制代码 
// 披萨工厂类
class PizzaFactory {
public:
	// 使用智能指针管理资源
	static std::unique_ptr<Pizza> getPizza(const std::string& name) {
		if (name == "ItalianPizza") 
		{
			return std::make_unique<ItailanPizza>();
		}
		else if (name == "AmericanPizza") 
		{
			return std::make_unique<AmericanPizza>();
		}
		else 
		{
			throw std::invalid_argument("未知的披萨类型");
		}
	}
};

这样我们创建对象的时候就不用指定new，也不用关注具体的细节，这就是为什么要引入工厂模式的原因：

  1. 封装对象的创建过程
    工厂模式允许你将对象的创建逻辑封装在一个独立的地方（即工厂类中），这样可以避免在客户端代码中直接实例化具体的产品类。这样做有助于保持代码的整洁，并且使得修改或扩展产品的创建逻辑更加容易。
  2. 提高代码的可维护性和可扩展性
    当你需要向系统添加新产品时，只需创建新的产品类以及相应的工厂方法或子类，而无需修改现有的客户端代码。这遵循了"开闭原则"（对扩展开放，对修改关闭），提高了系统的可维护性和可扩展性。
  3. 实现解耦
    通过使用工厂模式，可以减少具体产品类与使用这些类的客户代码之间的依赖关系。例如，在不使用工厂模式的情况下，如果想要改变某个对象的实现方式，则可能需要修改多个地方的代码；而使用工厂模式后，只需修改对应的工厂类即可。
  4. 支持多态
    工厂模式鼓励使用接口或抽象类来定义产品对象的行为，而不是具体的实现类。这意味着你可以根据不同的条件动态地选择不同的产品实现，而不影响调用者。这种灵活性对于构建灵活且适应性强的应用程序非常重要。
  5. 便于管理复杂的对象创建逻辑
    在某些情况下，对象的创建过程可能会变得非常复杂，包括初始化一系列的属性、配置环境等。工厂模式提供了一种集中管理这些复杂性的手段，使得创建过程更易于理解和控制。

简单工厂模式

我们上面写的代码其实就是简单工厂模式：

cpp 复制代码 
class Pizza
{
public:
	virtual void prepare() = 0;
	virtual void bake() = 0;
	virtual void cut() = 0;
	virtual~Pizza()
	{

	}
};

class ItailanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare() 
	{
		std::cout << "ItailanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "ItailanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "ItailanPizza切割" << std::endl;
	}
};

class AmericanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare()
	{
		std::cout << "AmericanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "AmericanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "AmericanPizza切割" << std::endl;
	}
};


// 披萨工厂类
class PizzaFactory {
public:
	// 使用智能指针管理资源
	static std::unique_ptr<Pizza> getPizza(const std::string& name) {
		if (name == "ItalianPizza") 
		{
			return std::make_unique<ItailanPizza>();
		}
		else if (name == "AmericanPizza") 
		{
			return std::make_unique<AmericanPizza>();
		}
		else 
		{
			throw std::invalid_argument("未知的披萨类型");
		}
	}
};

int main()
{
	try 
	{
		// 创建意大利披萨
		std::unique_ptr<Pizza> italianPizza = PizzaFactory::getPizza("ItalianPizza");
		italianPizza->prepare();
		italianPizza->bake();
		italianPizza->cut();

		// 创建美式披萨
		std::unique_ptr<Pizza> americanPizza = PizzaFactory::getPizza("AmericanPizza");
		americanPizza->prepare();
		americanPizza->bake();
		americanPizza->cut();

		// 测试未知类型
		// std::unique_ptr<Pizza> unknownPizza = PizzaFactory::getPizza("UnknownPizza");
	}
	catch (const std::exception& e) 
	{
		std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;
	}
}

简单工厂模式： 通过一个工厂类集中管理对象的创建逻辑。

简单工厂模式的优点是简单易用，缺点是违反了 开闭原则（对扩展开放，对修改关闭），因为新增产品类型时需要修改工厂类的代码。

工厂模式

工厂模式，在简单工厂模式的基础上将工厂细化，不同的工厂生产不同的产品：

cpp 复制代码 
class Pizza
{
public:
	virtual void prepare() = 0;
	virtual void bake() = 0;
	virtual void cut() = 0;
	virtual~Pizza()
	{

	}
};

class ItailanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare() 
	{
		std::cout << "ItailanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "ItailanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "ItailanPizza切割" << std::endl;
	}
};

class AmericanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare()
	{
		std::cout << "AmericanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "AmericanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "AmericanPizza切割" << std::endl;
	}
};


// 披萨工厂类
class PizzaFactory {
public:
	virtual std::unique_ptr<Pizza> createPizza() = 0;
	virtual ~PizzaFactory() {}
};

//ItailanPizza工厂
class ItalianPizzaFactory
{
public:
	std::unique_ptr<Pizza> createPizza()
	{
		return make_unique<ItailanPizza>();
	}
};

class AmericanPizzaFactory
{
public:
	std::unique_ptr<Pizza> createPizza()
	{
		return make_unique<AmericanPizza>();
	}
};


int main()
{
	ItalianPizzaFactory italianFactory;
	AmericanPizzaFactory americanFactory;

	std::unique_ptr<Pizza> italianPizza = italianFactory.createPizza();
	std::unique_ptr<Pizza> americanPizza = americanFactory.createPizza();

	italianPizza->prepare();
	americanPizza->prepare();
}

抽象工厂模式

在工厂方法模式上的抽象工厂模式，是专门用于工厂是生产一类产品：

cpp 复制代码 
class Pizza
{
public:
	virtual void prepare() = 0;
	virtual void bake() = 0;
	virtual void cut() = 0;
	virtual~Pizza()
	{

	}
};

class Drink
{
public:
	virtual void server() = 0;
	virtual ~Drink()
	{

	}
};

class ItailanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare() 
	{
		std::cout << "ItailanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "ItailanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "ItailanPizza切割" << std::endl;
	}
};

class AmericanPizza : public Pizza
{
public:
	void prepare()
	{
		std::cout << "AmericanPizza材料准备" << std::endl;
	}

	void bake()
	{
		std::cout << "AmericanPizza烘焙" << std::endl;
	}

	void cut()
	{
		std::cout << "AmericanPizza切割" << std::endl;
	}
};

class ItailanDrink : public Drink
{
public:
	void server()
	{
		std::cout << "ItailanDrink饮料服务" << std::endl;
	}
};

class AmericanDrink : public Drink
{
public:
	void server() 
	{
		std::cout << "AmericanDrink饮料服务" << std::endl;
	}
};

class AbstractFactory
{
public:
	virtual std::unique_ptr<Pizza> createPizza() = 0;
	virtual std::unique_ptr<Drink> createDrink() = 0;
	virtual ~AbstractFactory() = default;
};

//Itailan工厂
class ItalianFactory : public AbstractFactory
{
public:
	std::unique_ptr<Pizza> createPizza()
	{
		return make_unique<ItailanPizza>();
	}

	std::unique_ptr<Drink> createDrink()
	{
		return make_unique<ItailanDrink>();
	}


};

class AmericanFactory : public AbstractFactory
{
public:
	std::unique_ptr<Pizza> createPizza()
	{
		return make_unique<AmericanPizza>();
	}

	std::unique_ptr<Drink> createDrink()
	{
		return make_unique<ItailanDrink>();
	}
};

int main()
{
	ItalianFactory italianFactory;
	AmericanFactory americanFactory;

	std::unique_ptr<Pizza> italianPizza = italianFactory.createPizza();
	std::unique_ptr<Drink> italianDrink = italianFactory.createDrink();

	std::unique_ptr<Pizza> americanPizza = americanFactory.createPizza();
	std::unique_ptr<Drink> americanDrink = americanFactory.createDrink();

	italianPizza->prepare();
	italianDrink->server();

	americanPizza->prepare();
	americanDrink->server();
}

在日志系统中，如果我们有不同的落地方向，就适合运用工厂模式：

cpp 复制代码 
/*
    日志落地模块的实现
    1.抽象落地基类
    2.派生子类（根据不同的落地方向进行派生）
    3.使用工厂模式
*/

#ifndef __M_SINK_H__
#define __M_SINK_H__

// #include "format.hpp"
#include "message.hpp"
#include "unlit.hpp"
#include <memory>
#include <fstream>
#include <cassert>
#include <sstream>

namespace logs
{
    class logSink
    {
    public:
        using ptr = std::shared_ptr<logSink>;
        logSink()
        {
        }
        virtual ~logSink() {}
        virtual void log(const char *data, size_t len) = 0;
    };
    // 落地方向：标注输出，指定文件，滚动文件
    class StdoutSink : public logSink
    {
    public:
        // 将日志消息写到标准输出
        void log(const char *data, size_t len)
        {
            std::cout.write(data, len);
        }
    };

    class FileoutSink : public logSink
    {
    public:
        // 构造时传入人名，并打开文件，将操作句柄管理起来
        FileoutSink(const std::string &pathname)
            : _pathname(pathname)
        {
            // 1.创建日志文件所在目录
            logs::util::File::createDirectory(logs::util::File::path(_pathname));
            // 2.创建并打开日志文件
            _ofs.open(_pathname, std::ios::binary | std::ios::app);
            assert(_ofs.is_open());
        }
        // 将日志消息写到标准输出
        void log(const char *data, size_t len)
        {
            _ofs.write(data, len);
            assert(_ofs.good());
        }

    private:
        std::string _pathname;
        std::ofstream _ofs;
    };

    class RollSinkBySize : public logSink
    {
    public:
        // 构造时传入文件名，并打开文件，将操作句柄管理起来
        RollSinkBySize(const std::string &basename, size_t max_size)
            : _basename(basename), _max_fsize(max_size), _cur_fsize(0),_name_count(0)
        {
            std::string pathname = createNewFile();
            // 1.创建日志文件所在目录
            logs::util::File::createDirectory(logs::util::File::path(pathname));
            // 2.创建并打开日志文件
            _ofs.open(pathname, std::ios::binary | std::ios::app);
            assert(_ofs.is_open());
        }
        // 将日志消息写到标准输出
        void log(const char *data, size_t len)
        {
            if (_cur_fsize > _max_fsize)
            {
                _ofs.close();
                std::string pathname = createNewFile();
                _ofs.open(pathname, std::ios::binary | std::ios::app);
                assert(_ofs.is_open());
                _cur_fsize = 0;
            }
            _ofs.write(data, len);
            assert(_ofs.good());
            _cur_fsize += len;
        }

    private:
        std::string createNewFile() // 进行大小判断，超过指定大小则创建新文件
        {
            // 获取系统时间，以时间来构造文件扩展名
            time_t t = logs::util::Date::get_time();
            struct tm lt;
            localtime_r(&t, &lt);

            std::stringstream filename;
            filename << _basename;
            filename << lt.tm_year + 1900;
            filename << lt.tm_mon + 1;
            filename << lt.tm_mday;
            filename << lt.tm_hour;
            filename << lt.tm_min;
            filename << lt.tm_sec;
            filename << "-";
            filename << _name_count++;
            filename << ".log";

            return filename.str();
        }

    private:
        // 基础文件名 + 扩展文件名（以时间生成）组成一个实际的当前输出文件名
        size_t _name_count;
        std::string _basename; //.logs/base-
        std::ofstream _ofs;
        size_t _max_fsize; // 记录最大大小
        size_t _cur_fsize; // 记录当前文件已经写入的大小
    };

    class SinkFactory
    {
    public:
        template <typename SlinkTpe, typename... Args>
        static logSink::ptr create(Args &&...args)
        {
            return std::make_shared<SlinkTpe>(std::forward<Args>(args)...);
        }
    };
}
#endif
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