工厂设计模式

一颗青果2026-04-18 10:49

一、简单工厂模式（Simple Factory）

1. 核心思想

一个工厂类，根据传入的参数，决定创建哪一种具体产品对象。 所有产品共用同一个工厂，结构最简单，也叫静态工厂模式。

2. 模式结构

  • 抽象产品（Product）：定义产品的公共接口
  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品的具体类
  • 工厂类（Factory）：提供静态方法，根据参数创建不同产品

3. C++ 代码实现

以 ** 创建不同形状（圆形、方形）** 为例：

复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

// ===================== 1. 抽象产品：定义公共接口 =====================
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;   // 纯虚函数，抽象方法
    virtual ~Shape() = default;
};

// ===================== 2. 具体产品：圆形 =====================
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        cout << "绘制圆形 ✅" << endl;
    }
};

// ===================== 具体产品：方形 =====================
class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        cout << "绘制方形 ✅" << endl;
    }
};

// ===================== 3. 简单工厂类：核心创建逻辑 =====================
class ShapeFactory {
public:
    // 静态方法：根据类型创建对应形状对象
    static Shape* createShape(const string& type) {
        if (type == "circle") {
            return new Circle();
        } else if (type == "rectangle") {
            return new Rectangle();
        }
        return nullptr; // 无匹配类型
    }
};

// ===================== 客户端使用 =====================
int main() {
    // 客户端只调用工厂，不直接new Circle/Rectangle
    Shape* shape1 = ShapeFactory::createShape("circle");
    Shape* shape2 = ShapeFactory::createShape("rectangle");

    shape1->draw();
    shape2->draw();

    // 释放内存
    delete shape1;
    delete shape2;
    return 0;
}

4. 优缺点

表格

优点 缺点
代码简单，使用方便 严重违背开闭原则：新增产品必须修改工厂类
客户端与具体产品解耦 产品过多时，工厂类代码臃肿
统一管理对象创建 无法形成继承结构，扩展受限

5. 应用场景

  • 产品类型数量少、几乎不扩展
  • 客户端只需要简单获取对象，不关心创建逻辑
  • 小工具、简单业务模块（如日志对象、配置对象创建）

二、工厂方法模式（Factory Method）

1. 核心思想

一个产品对应一个工厂，不再共用一个工厂。

  • 抽象工厂定义创建接口
  • 每个具体产品对应一个具体工厂
  • 新增产品时，只新增工厂类，不修改原有代码 → 完全符合开闭原则

2. 模式结构

  • 抽象产品
  • 具体产品
  • 抽象工厂：定义创建产品的接口
  • 具体工厂：每个工厂只创建一种产品

3. C++ 代码实现

延续形状案例，改造为工厂方法：

复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

// ===================== 1. 抽象产品 =====================
class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Shape() = default;
};

// ===================== 2. 具体产品 =====================
class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override { cout << "绘制圆形" << endl; }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override { cout << "绘制方形" << endl; }
};

// ===================== 3. 抽象工厂：定义创建接口 =====================
class ShapeFactory {
public:
    virtual Shape* createShape() = 0;
    virtual ~ShapeFactory() = default;
};

// ===================== 4. 具体工厂：圆形工厂 =====================
class CircleFactory : public ShapeFactory {
public:
    Shape* createShape() override {
        return new Circle();
    }
};

// ===================== 具体工厂：方形工厂 =====================
class RectangleFactory : public ShapeFactory {
public:
    Shape* createShape() override {
        return new Rectangle();
    }
};

// ===================== 客户端使用 =====================
int main() {
    // 创建圆形工厂 → 生产圆形
    ShapeFactory* factory1 = new CircleFactory();
    Shape* circle = factory1->createShape();
    circle->draw();

    // 创建方形工厂 → 生产方形
    ShapeFactory* factory2 = new RectangleFactory();
    Shape* rect = factory2->createShape();
    rect->draw();

    // 释放内存
    delete circle;
    delete factory1;
    delete rect;
    delete factory2;
    return 0;
}

4. 优缺点

表格

优点 缺点
完全符合开闭原则，新增产品只加类，不改旧代码 类数量爆炸：每加一个产品，就要加一个工厂类
单一职责：一个工厂只造一种产品 结构比简单工厂复杂，理解成本稍高
解耦更彻底，便于单元测试 客户端需要知道不同工厂的存在

5. 应用场景

  • 产品类型需要频繁扩展
  • 单一产品等级结构（只有一类产品）
  • 框架设计、中间件、SDK 底层（如 Spring Bean 工厂）

三、抽象工厂模式（Abstract Factory）

1. 核心思想

工厂生产「产品族」，而不是单个产品。

  • 产品族：一组相关 / 相互依赖的产品（如华为工厂生产：华为手机 + 华为电脑）
  • 一个抽象工厂可以创建多个不同类型的产品

2. 模式结构

  • 抽象产品族：多个抽象产品（Phone、Computer）
  • 具体产品族：华为手机、华为电脑；苹果手机、苹果电脑
  • 抽象工厂：定义创建所有产品的接口
  • 具体工厂：华为工厂、苹果工厂

3. C++ 代码实现

以电子设备产品族为例：

复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

// ===================== 1. 抽象产品A：手机 =====================
class Phone {
public:
    virtual void showBrand() = 0;
    virtual ~Phone() = default;
};

// ===================== 抽象产品B：电脑 =====================
class Computer {
public:
    virtual void showBrand() = 0;
    virtual ~Computer() = default;
};

// ===================== 2. 具体产品族：华为 =====================
class HuaweiPhone : public Phone {
public:
    void showBrand() override { cout << "华为手机" << endl; }
};

class HuaweiComputer : public Computer {
public:
    void showBrand() override { cout << "华为电脑" << endl; }
};

// ===================== 具体产品族：苹果 =====================
class ApplePhone : public Phone {
public:
    void showBrand() override { cout << "苹果手机" << endl; }
};

class AppleComputer : public Computer {
public:
    void showBrand() override { cout << "苹果电脑" << endl; }
};

// ===================== 3. 抽象工厂：能生产手机+电脑 =====================
class ElectronicFactory {
public:
    virtual Phone* createPhone() = 0;
    virtual Computer* createComputer() = 0;
    virtual ~ElectronicFactory() = default;
};

// ===================== 4. 具体工厂：华为工厂 =====================
class HuaweiFactory : public ElectronicFactory {
public:
    Phone* createPhone() override { return new HuaweiPhone(); }
    Computer* createComputer() override { return new HuaweiComputer(); }
};

// ===================== 具体工厂：苹果工厂 =====================
class AppleFactory : public ElectronicFactory {
public:
    Phone* createPhone() override { return new ApplePhone(); }
    Computer* createComputer() override { return new AppleComputer(); }
};

// ===================== 客户端使用 =====================
int main() {
    // 华为工厂生产华为全家桶
    ElectronicFactory* factory = new HuaweiFactory();
    Phone* phone = factory->createPhone();
    Computer* computer = factory->createComputer();

    phone->showBrand();
    computer->showBrand();

    // 切换为苹果工厂
    factory = new AppleFactory();
    phone = factory->createPhone();
    computer = factory->createComputer();

    phone->showBrand();
    computer->showBrand();

    return 0;
}

4. 优缺点

表格

优点 缺点
保证产品族的一致性（华为工厂只造华为产品） 扩展新产品极难：要修改所有工厂类
符合开闭原则（新增产品族只加类） 结构最复杂，理解成本最高
强约束，避免产品不匹配 只适用于多产品族的固定结构

5. 应用场景

  • 存在多个产品系列 / 产品族
  • 产品之间有依赖、约束关系
  • 系统需要切换不同的产品组合（如换肤、多数据库兼容）
  • 经典案例：UI 组件库（浅色 / 深色主题）、数据库驱动工厂

四、三代工厂模式核心对比（必记）

表格

模式 核心特点 开闭原则 复杂度 适用场景
简单工厂 一个工厂造所有产品 ❌ 违背 低 产品少、不扩展
工厂方法 一个工厂造一种产品 ✅ 遵守 中 单类产品、常扩展
抽象工厂 一个工厂造一族产品 ✅ 遵守 高 多产品族、固定结构

五、工厂模式终极总结

  1. 本质 ：封装 new 过程，解耦创建与使用
  2. 简单工厂：入门版，适合小场景，违反开闭
  3. 工厂方法：标准版，最常用，完美遵循开闭
  4. 抽象工厂：高级版，适合多产品族，约束性强
  5. 所有工厂模式的共同优点 ：
    • 降低代码耦合
    • 统一对象创建逻辑
    • 便于维护和扩展
    • 隐藏对象初始化细节
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