设计模式 Day 2：工厂方法模式（Factory Method Pattern）详解

继 Day 1 学习了单例模式之后，今天我们继续深入对象创建型设计模式------工厂方法模式（Factory Method）。工厂方法模式为对象创建提供了更大的灵活性和扩展性，是实际开发中使用频率极高的一种设计模式。

一方面，我们将简要回顾 Day 1 的单例模式，帮助建立起模式之间的连接；另一方面，重点学习如何通过工厂方法封装对象创建逻辑，做到"开闭原则"。

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一、Day 1 回顾：单例模式

单例模式的核心要点：

• 保证类的唯一实例。
• 提供一个全局访问点。
• 常见实现包括懒汉式、饿汉式、静态内部类、双重检查锁等。
• 推荐 C++11 使用局部静态变量方式实现线程安全单例。

代码示例（局部静态单例）：

class Logger {
private:
    Logger() {}
public:
    static Logger* getInstance() {
        static Logger instance;
        return &instance;
    }
    void log(const std::string& msg) {
        std::cout << "[LOG]: " << msg << std::endl;
    }
};

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二、本日主题：工厂方法模式

1. 意图说明

工厂方法模式：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。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

核心解决：将对象创建的控制权下放到子类中。

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2. 结构与角色

+-------------------+       +---------------------+
|   Product         |<------+  ConcreteProductA   |
+-------------------+       +---------------------+
       ^                         ^
       |                         |
+--------------+        +------------------+
| Factory      |<-------| ConcreteFactoryA |
+--------------+        +------------------+
| + create()   |        | + create()       |
+--------------+        +------------------+

• Product：抽象产品类
• ConcreteProduct：具体产品类
• Factory：抽象工厂类，声明工厂方法
• ConcreteFactory：具体工厂类，负责生产具体产品

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3. 示例：日志系统的多种实现

我们希望在程序中根据不同配置，使用不同类型的日志（如控制台日志、文件日志等）。使用工厂方法模式如下：

(1) 抽象产品接口

class Logger {
public:
    virtual void log(const std::string& msg) = 0;
    virtual ~Logger() {}
};

(2) 具体产品实现

class ConsoleLogger : public Logger {
public:
    void log(const std::string& msg) override {
        std::cout << "[Console] " << msg << std::endl;
    }
};

class FileLogger : public Logger {
public:
    void log(const std::string& msg) override {
        // 简化处理，真实应写入文件
        std::cout << "[File] " << msg << std::endl;
    }
};

(3) 工厂接口

class LoggerFactory {
public:
    virtual Logger* createLogger() = 0;
    virtual ~LoggerFactory() {}
};

(4) 具体工厂类

class ConsoleLoggerFactory : public LoggerFactory {
public:
    Logger* createLogger() override {
        return new ConsoleLogger();
    }
};

class FileLoggerFactory : public LoggerFactory {
public:
    Logger* createLogger() override {
        return new FileLogger();
    }
};

(5) 客户端使用

void testFactory(LoggerFactory* factory) {
    Logger* logger = factory->createLogger();
    logger->log("This is a test message.");
    delete logger;
}

int main() {
    ConsoleLoggerFactory consoleFactory;
    testFactory(&consoleFactory);

    FileLoggerFactory fileFactory;
    testFactory(&fileFactory);

    return 0;
}

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4. 优缺点总结

✅ 优点：

• 满足开闭原则：新增产品时只需添加新工厂和产品类，无需改动原有逻辑。
• 屏蔽具体产品类，解耦创建逻辑与使用逻辑。

❌ 缺点：

• 类的数量增多：每种产品都需要对应工厂类。
• 结构相对复杂，不适合产品类型单一的简单场景。

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三、适用场景总结

场景	原因
日志模块支持多种输出方式	控制台、文件、网络输出分开实现
图像加载库支持多种格式	不同格式（PNG/JPEG/GIF）封装为产品类
数据库驱动连接	MySQL/PostgreSQL/SQLite 等切换方便

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四、今日练习题

✍️ 题目一：

设计一个简化的图像解码系统，要求支持解码 PNG 和 JPEG 图像，使用工厂方法模式设计产品与工厂类结构。

✍️ 题目二：

工厂方法模式如何比简单工厂模式更符合开闭原则？请结合实际项目经验说明。

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五、滚动复习：Day 1 要点回顾

• 单例模式确保类只有一个实例，常用于日志、配置、线程池等场景；
• 推荐使用 C++11 局部静态变量实现线程安全单例；
• 注意拷贝构造与赋值运算符需禁用；
• 单例不易测试，可能违反开闭原则。

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六、小结与展望

今天我们学习了工厂方法模式，掌握了如何将对象创建交给子类工厂完成，以提高系统的灵活性和可扩展性。明日我们将学习抽象工厂模式（Abstract Factory），它是工厂方法模式的进一步扩展，适用于产品族的创建场景。

持续学习，稳步进阶，设计模式每天一点点，收获将是长远的代码质量提升与架构思维成长。