C++ 设计模式——简单工厂模式

简单工厂模式

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简单工厂模式

简单工厂模式是一种创建型设计模式，通过一个工厂类来负责对象的实例。这种模式将对象创建的细节封装在工厂类中，客户端无需知道具体的创建过程，只需通过工厂类获取对象实例即可。

引入“简单工厂”设计模式的定义（实现意图）：定义一个工厂类，该类的成员函数可以根据不同的参数创建并返回不同的类对象，被创建的对象所属的类一般都具有相同的父类。调用者无需关心创建对象的细节。

主要组成部分

• 工厂类（Factory）：负责创建对象的类。它包含一个静态方法，根据传入的参数决定创建哪种具体产品。
• 产品接口（Product）：定义了产品的基本行为和属性，所有具体产品类都需要实现这个接口。
• 具体产品类（ConcreteProduct）：实现了产品接口的具体类，表示工厂可以创建的具体对象。

代码实现

以下代码，主要用简单工厂模式创建不同类型的怪物对象：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//怪物父类
class Monster
{
public:
	//构造函数
	Monster(int life, int magic, int attack) :m_life(life), m_magic(magic), m_attack(attack) {}
	virtual ~Monster() {} //做父类时析构函数应该为虚函数

protected: //可能被子类访问的成员，用protected修饰
	//怪物属性
	int m_life;    //生命值
	int m_magic;   //魔法值
	int m_attack;  //攻击力
};

//亡灵类怪物
class M_Undead :public Monster
{
public:
	//构造函数
	M_Undead(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack)
	{
		cout << "一只亡灵类怪物来到了这个世界" << endl;
	}
	//其他代码略....
};

//元素类怪物
class M_Element :public Monster
{
public:
	//构造函数
	M_Element(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack)
	{
		cout << "一只元素类怪物来到了这个世界" << endl;
	}
	//其他代码略....
};

//机械类怪物
class M_Mechanic :public Monster
{
public:
	//构造函数
	M_Mechanic(int life, int magic, int attack) :Monster(life, magic, attack)
	{
		cout << "一只机械类怪物来到了这个世界" << endl;
	}
	//其他代码略....
};

//--------------------------------
// 简单工厂模式
// 怪物工厂类
class MonsterFactory
{
public:
	Monster* createMonster(string strmontype)
	{
		Monster* prtnobj = nullptr;
		if (strmontype == "udd")  //udd代表要创建亡灵类怪物
		{
			prtnobj = new M_Undead(300, 50, 80);
		}
		else if (strmontype == "elm") //ele代表要创建元素类怪物
		{
			prtnobj = new M_Element(200, 80, 100);
		}
		else if (strmontype == "mec") //mec代表要创建机械类怪物
		{
			prtnobj = new M_Mechanic(400, 0, 110);
		}
		return prtnobj;
	}
};

// 使用示例
int main() 
{
	MonsterFactory facobj;
	Monster* undead = facobj.createMonster("udd"); //产生了一只亡灵类怪物，当然这里必须知道"udd"代表的是创建亡灵类怪物
	Monster* element = facobj.createMonster("elm"); //产生了一只元素类怪物
	Monster* mechanic = facobj.createMonster("mec"); //产生了一只机械类怪物

	// 释放内存
	delete undead;
	delete element;
	delete mechanic;

    return 0;
}

简单工厂模式模式的 UML 图

简单工厂模式 UML 图解析

• 类关系：
  • 类之间的父子关系通过实线箭头表示。子类（如 M_Undead、M_Element、M_Mechanic）与父类 Monster 之间有一条实线箭头，指向父类。
  • MonsterFactory 类与具体怪物类（如 M_Undead、M_Element、M_Mechanic）之间存在虚线箭头，表示依赖关系。虚线箭头指向被实例化的类，表明 MonsterFactory 负责创建这些怪物对象。
• 稳定与变化：
  • 创建怪物的代码只需与 MonsterFactory 类交互，因此调用 createMonster 成员函数的代码是稳定的。
  • 但若要增加新类型的怪物，就需要修改 MonsterFactory 类中的 createMonster 函数，这部分代码是变化的。
• 信息隐藏：
  • 如果 MonsterFactory 由第三方开发，开发者不希望暴露具体怪物类（如 M_Undead、M_Element、M_Mechanic）的细节。通过提供 createMonster 接口，开发者可以创建不同类型的怪物，从而实现具体实现的隐藏，并确保创建怪物的代码与具体类解耦，避免模块间的相互影响。

优点和缺点

优点：

• 简化客户端代码：客户端只需通过工厂类获取对象，而无需了解对象的具体创建过程。
• 集中管理对象创建：所有对象的创建逻辑集中在工厂类中，便于维护和管理。
• 易于扩展：新增产品时，只需在工厂类中添加相应的创建逻辑，客户端代码无需修改。

缺点：

• 违反开闭原则：增加新产品需要修改工厂类的代码，导致工厂类可能变得臃肿。
• 赖于字符串参数：客户端需要了解产品类型的字符串标识，可能导致错误和不易维护。
• 不适合产品种类过多的情况：如果产品种类增多，工厂类会变得复杂且难以管理。

适用场景

• 产品具有相似结构：当需要创建的对象具有相似的结构或特性，且种类较少时。
• 客户端不关心创建过程：客户端希望通过简单的接口获取对象实例，而不关心其创建细节。
• 快速原型开发：在项目初期，快速实现功能时，可以使用简单工厂模式减少复杂性。
• 动态创建对象：需要根据不同条件动态创建对象的情况，适合使用简单工厂模式。