【C++基础】简单工程模式、工厂模式、抽象工程模式

news2025/2/24 3:02:15

本文参考：简单工厂模式 - 人造恶魔果实工厂1 | 爱编程的大丙​​​​​​ ​​​​​​工厂模式 - 人造恶魔果实工厂2 | 爱编程的大丙​​​​​

​​​​​抽象工厂模式 - 弗兰奇一家 | 爱编程的大丙

工厂我们就可以得到想要的东西，在程序设计中，这种模式就叫做工厂模式，工厂生成出的产品就是某个类的实例，也就是对象。关于工厂模式一共有三种，分别是：简单工厂模式、工厂模式、抽象工厂模式。

不论使用哪种工厂模式其主要目的都是实现类与类之间的解耦合，这样我们在创建对象的时候就变成了拿来主义，使程序更加便于维护。

简单工厂模式

基于简单工厂模式去创建对象的时候，需要提供一个工厂类，专门用于生产需要的对象，这样关于对象的创建操作就被剥离出去了。

简单工厂模式相关类的创建和使用步骤：

1、创建一个新的类, 可以将这个类称之为工厂类。对于简单工厂模式来说，需要的工厂类只有一个。
2、在这个工厂类中添加一个公共的成员函数，通过这个函数来创建我们需要的对象，关于这个函数一般将其称之为工厂函数。
3、关于使用，首先创建一个工厂类对象，然后通过这个对象调用工厂函数，这样就可以生产出一个指定类型的实例对象了。

下面以生成三种“动物型恶魔果实”为例 

#include <iostream>
using namespace std;

class AbstractSmile
{
public:
    virtual void transform() {}
    virtual void ability() {}
    virtual ~AbstractSmile() {}
};
// 人造恶魔果实· 绵羊形态
class SheepSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 山羊人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "将手臂变成绵羊角的招式 -- 巨羊角" << endl;
    }
};

// 人造恶魔果实· 狮子形态
class LionSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 狮子人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "火遁· 豪火球之术..." << endl;
    }
};

class BatSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 蝙蝠人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "声纳引箭之万剑归宗..." << endl;
    }
};

// 恶魔果实工厂类
enum class Type:char{SHEEP, LION, BAT};
class SmileFactory
{
public:
    SmileFactory() {}
    ~SmileFactory() {}
    AbstractSmile* createSmile(Type type)
    {
        AbstractSmile* ptr = nullptr;
        switch (type)
        {
        case Type::SHEEP:
            ptr = new SheepSmile;
            break;
        case Type::LION:
            ptr = new LionSmile;
            break;
        case Type::BAT:
            ptr = new BatSmile;
            break;
        default:
            break;
        }
        return ptr;
    }
};

int main()
{
    SmileFactory* factory = new SmileFactory;
    AbstractSmile* obj = factory->createSmile(Type::BAT);
    obj->transform();
    obj->ability();
    return 0;
}

 程序结果：

变成人兽 -- 蝙蝠人形态...
声纳引箭之万剑归宗...

通过上面的代码，实现了一个简单工厂模式

由于人造恶魔果实类有继承关系， 并且实现了多态，所以父类的析构函数也应该是虚函数，这样才能够通过父类指针或引用析构子类的对象。

工厂函数createSmile(Type type)的返回值修改成了AbstractSmile*类型，这是人造恶魔果实类的基类，通过这个指针保存的是子类对象的地址，这样就实现了多态，所以在main()函数中，通过obj对象调用的实际是子类BatSmile中的函数。

工厂模式

简单工厂模式存在一个弊端，其违法了开放-封闭原则。

开放-封闭原则：软件实体（类、模块、函数等）可以扩展，但是不可以修改。也就是说对于扩展是开放的，对于修改是封闭的。

在上面的工厂函数中需要生成三种人造恶魔果实，现在如果想要生成更多，那么就需要在工厂函数的switch语句中添加更多的case，很明显这违背了封闭原则，也就意味着需要基于开放原则来解决这个问题。

所以有了工厂模式。简单工厂模式只有一个工厂类，工厂模式有很多个工厂类

1、一个基类，包含一个虚工厂函数，用于实现多态。
2、多个子类，重写父类的工厂函数。每个子工厂类负责生产一种恶魔果实，这相当于再次解耦，将工厂类的职责再次拆分、细化，如果要生产新品种的恶魔果实，那么只需要添加对应的工厂类，无需修改原有的代码。

完整代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class AbstractSmile
{
public:
    virtual void transform() = 0;
    virtual void ability() = 0;
    virtual ~AbstractSmile() {}
};
// 人造恶魔果实· 绵羊形态
class SheepSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 山羊人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "将手臂变成绵羊角的招式 -- 巨羊角" << endl;
    }
};

// 人造恶魔果实· 狮子形态
class LionSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 狮子人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "火遁· 豪火球之术..." << endl;
    }
};

class BatSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 蝙蝠人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "声纳引箭之万剑归宗..." << endl;
    }
};

// 恶魔果实工厂类
class AbstractFactory
{
public:
    virtual AbstractSmile* createSmile() = 0;
    virtual ~AbstractFactory() {}
};

class SheepFactory : public AbstractFactory
{
public:
    AbstractSmile* createSmile() override
    {
        return new SheepSmile;
    }
    ~SheepFactory()
    {
        cout << "释放 SheepFactory 类相关的内存资源" << endl;
    }
};

class LionFactory : public AbstractFactory
{
public:
    // 工厂函数
    AbstractSmile* createSmile() override
    {
        return new LionSmile;
    }
    ~LionFactory()
    {
        cout << "释放 LionFactory 类相关的内存资源" << endl;
    }

};

class BatFactory : public AbstractFactory
{
public:
    // 工厂函数
    AbstractSmile* createSmile() override
    {
        return new BatSmile;
    }
    ~BatFactory()
    {
        cout << "释放 BatFactory 类相关的内存资源" << endl;
    }
};

int main()
{
    AbstractFactory* factory = new BatFactory;
    AbstractSmile* obj = factory->createSmile();
    obj->transform();
    obj->ability();
    return 0;
}

 抽象工厂模式

 工厂模式创建的产品对象相对简单，抽象工厂模式创建的产品对象相对复杂，这个类组件中有可变的因素，这里以造船为例。

基础型标准型旗舰型
船体木头钢铁合成金属
动力手动内燃机核能
武器枪速射炮激光

在这个图中有四个抽象类，分别是：

ShipBody 类：船体的抽象类
        有三个子类，在子类中通过不同的材料来建造船体
Weapon 类：武器的抽象类
        有三个子类，在子类中给战船提供不同种类的武器
Engine 类：动力系统抽象类
        有三个子类，在子类中给战船提供不同动力系统


AbstractFactory 类：抽象工厂类
        在子工厂类中生产不同型号的战船
        和ShipBody 、Weapon、Engine有依赖关系，在工厂函数中创建了它们的实例对象
        和Ship 类有依赖关系，在工厂函数中创建了它的实例对象

关于Ship类它可以和ShipBody 、Weapon、Engine可以是聚合关系，也可以是组合关系：
        组合关系：析构Ship类对象的时候，也释放了ShipBody 、Weapon、Engine对象
        聚合关系：析构Ship类对象的时候，没有释放ShipBody 、Weapon、Engine对象

ShipBody类以及其子类：

// 船体
class ShipBody
{
public:
    virtual string getShipBody() = 0;
    virtual ~ShipBody() {}
};

class WoodBody : public ShipBody
{
public:
    string getShipBody() override
    {
        return string("用<木材>制作轮船船体...");
    }
};

class IronBody : public ShipBody
{
public:
    string getShipBody() override
    {
        return string("用<钢铁>制作轮船船体...");
    }
};

class MetalBody : public ShipBody
{
public:
    string getShipBody() override
    {
        return string("用<合金>制作轮船船体...");
    }
};

Engine类以及其子类

// 动力
class Engine
{
public:
    virtual string getEngine() = 0;
    virtual ~Engine() {}
};

class Human : public Engine
{
public:
    string getEngine() override
    {
        return string("使用<人力驱动>...");
    }
};

class Diesel : public Engine
{
public:
    string getEngine() override
    {
        return string("使用<内燃机驱动>...");
    }
};

class Nuclear : public Engine
{
public:
    string getEngine() override
    {
        return string("使用<核能驱动>...");
    }
};

Weapon类以及其子类

// 武器
class Weapon
{
public:
    virtual string getWeapon() = 0;
    virtual ~Weapon() {}
};

class Gun : public Weapon
{
public:
    string getWeapon() override
    {
        return string("配备的武器是<枪>");
    }
};

class Cannon : public Weapon
{
public:
    string getWeapon() override
    {
        return string("配备的武器是<自动机关炮>");
    }
};

class Laser : public Weapon
{
public:
    string getWeapon() override
    {
        return string("配备的武器是<激光>");
    }
};

Ship类

// 轮船类
class Ship
{
public:
    Ship(ShipBody* body, Weapon* weapon, Engine* engine) :
        m_body(body), m_weapon(weapon), m_engine(engine) 
    {
    }
    string getProperty()
    {
        string info = m_body->getShipBody() + m_weapon->getWeapon() + m_engine->getEngine();
        return info;
    }
    ~Ship() 
    {
        delete m_body;
        delete m_engine;
        delete m_weapon;
    }
private:
    ShipBody* m_body = nullptr;
    Weapon* m_weapon = nullptr;
    Engine* m_engine = nullptr;
};

工厂类及其子类 

// 工厂类
class AbstractFactory
{
public:
    virtual Ship* createShip() = 0;
    virtual ~AbstractFactory() {}
};

class BasicFactory : public AbstractFactory
{
public:
    Ship* createShip() override
    {
        Ship* ship = new Ship(new WoodBody, new Gun, new Human);
        cout << "<基础型>战船生产完毕, 可以下水啦..." << endl;
        return ship;
    }
};

class StandardFactory : public AbstractFactory
{
public:
    Ship* createShip() override
    {
        Ship* ship = new Ship(new IronBody, new Cannon, new Diesel);
        cout << "<标准型>战船生产完毕, 可以下水啦..." << endl;
        return ship;
    }
};

class UltimateFactory : public AbstractFactory
{
public:
    Ship* createShip() override
    {
        Ship* ship = new Ship(new MetalBody, new Laser, new Nuclear);
        cout << "<旗舰型>战船生产完毕, 可以下水啦..." << endl;
        return ship;
    }
};

int main()
{
    AbstractFactory* factroy = new StandardFactory;
    Ship* ship = factroy->createShip();
    cout << ship->getProperty();
    delete ship;
    delete factroy;
    return 0;
}

抽象工厂模式适用于比较复杂的多变的业务场景，总体上就是给一系列功能相同但是属性会发生变化的组件（如：船体材料、武器系统、动力系统）添加一个抽象类，这样就可以非常方便地进行后续的拓展，再搭配工厂类就可以创建出我们需要的对象了。

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