使用C++11改进工厂方法模式：支持运行时配置的增强实现

在软件开发中，工厂方法模式是一种常用的设计模式，用于创建对象。通过使用C++11的新特性，我们可以进一步改进工厂方法模式，使其更加灵活和高效。本文将详细介绍如何使用C++11的std::function、lambda表达式和智能指针来实现一个支持运行时配置的工厂方法模式，以创建不同类型的"勇勇"角色。

1. 核心概念

工厂方法模式：通过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。这样，工厂方法将对象的创建推迟到子类中。

C++11特性：

std::function ：一个通用的多态函数包装器，可以存储、复制和调用任何可调用目标。
Lambda表达式：提供了一种简洁的方式来定义匿名函数。
智能指针 ：如std::unique_ptr，用于自动管理动态内存，避免内存泄漏。

2. 实现思路

我们的目标是创建一个支持运行时动态配置的工厂方法模式。具体来说，我们希望能够在程序运行时注册不同的勇勇类型创建函数，并根据需要动态地创建相应类型的勇勇实例。

3. 代码实现

cpp 复制代码

#include <map>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>
#include <stdexcept>
#include <iostream>

// 定义勇勇类型枚举
enum class YongYongType { Common, Advanced };

// 定义勇勇接口
class YongYong {
public:
    virtual ~YongYong() = default;
    virtual void attack() const = 0;
    virtual void defense() const = 0;
};

// 具体的勇勇实现类
class CommonYongYong : public YongYong {
public:
    void attack() const override {
        std::cout << "普通勇勇发起普通攻击。" << std::endl;
    }
    void defense() const override {
        std::cout << "普通勇勇进行普通防御。" << std::endl;
    }
};

class AdvancedYongYong : public YongYong {
public:
    void attack() const override {
        std::cout << "高级勇勇发起强力攻击。" << std::endl;
    }
    void defense() const override {
        std::cout << "高级勇勇进行高级防御。" << std::endl;
    }
};

// 工厂类
class GuoYaoFactory {
public:
    using CreatorFunc = std::function<std::unique_ptr<YongYong>()>;

    static void registerCreator(YongYongType type, CreatorFunc creator) {
        getRegistry()[type] = creator;
    }

    static std::unique_ptr<YongYong> create(YongYongType type) {
        auto it = getRegistry().find(type);
        if (it != getRegistry().end()) {
            return it->second();
        }
        throw std::invalid_argument("Unknown YongYong type");
    }

private:
    static std::map<YongYongType, CreatorFunc>& getRegistry() {
        static std::map<YongYongType, CreatorFunc> registry;
        return registry;
    }
};

// 初始化工厂注册表
void initGuoYaoFactory() {
    GuoYaoFactory::registerCreator(YongYongType::Common, []() {
        return std::make_unique<CommonYongYong>();
    });
    GuoYaoFactory::registerCreator(YongYongType::Advanced, []() {
        return std::make_unique<AdvancedYongYong>();
    });
}

int main() {
    initGuoYaoFactory();

    // 创建不同类型的勇勇对象
    auto commonYongYong = GuoYaoFactory::create(YongYongType::Common);
    commonYongYong->attack();
    commonYongYong->defense();

    auto advancedYongYong = GuoYaoFactory::create(YongYongType::Advanced);
    advancedYongYong->attack();
    advancedYongYong->defense();

    return 0;
}

4. 代码解释

枚举类型YongYongType：
- 定义了两种勇勇类型：Common（普通勇勇）和Advanced（高级勇勇）。
接口YongYong：
- 定义了勇勇类的接口，包含两个纯虚函数attack和defense，分别表示攻击和防御行为。
具体勇勇实现类：
- CommonYongYong实现了普通勇勇的攻击和防御行为，输出相应的信息。
- AdvancedYongYong实现了高级勇勇的攻击和防御行为，输出相应的信息。
工厂类GuoYaoFactory：
- 使用std::function定义了创建函数的类型CreatorFunc。
- registerCreator方法用于注册具体的勇勇类型创建函数。
- create方法根据给定的勇勇类型查找并调用对应的创建函数，返回勇勇对象的唯一指针。
- getRegistry方法返回一个静态的std::map，用于存储勇勇类型的创建函数映射。
初始化函数initGuoYaoFactory：
- 在程序启动时调用，注册所有已知的勇勇类型的创建函数。这里使用了lambda表达式来简化创建函数的定义。
main函数：
- 初始化工厂注册表。
- 使用工厂类创建不同类型的勇勇对象，并调用它们的攻击和防御方法，以展示工厂方法模式的效果。

5. 优点

动态扩展：通过注册表机制，可以在运行时动态地添加新的勇勇类型，而无需修改工厂类的代码。
简洁性 ：使用lambda表达式和std::function简化了创建函数的定义和管理。
内存安全 ：使用std::unique_ptr管理对象的生命周期，避免了手动内存管理带来的潜在问题。
灵活性：支持多种创建方式，可以根据需求灵活地选择不同的创建函数。

6. 总结

通过使用C++11的特性，我们可以显著改进工厂方法模式的实现。std::function和lambda表达式使得创建函数的定义更加简洁和灵活，而智能指针则确保了内存的安全管理。此外，通过静态注册表的设计，我们实现了运行时动态配置的能力，使系统更加灵活和可扩展。这种改进不仅提高了代码的可读性和维护性，还为系统的未来发展预留了充足的空间。通过这种方式，我们可以设计出更加灵活和可扩展的系统，从而更好地应对需求的变化和扩展。

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