【C++】簡單工廠模式/工廠方法模式/抽象工廠模式對比

抽象工廠模式、簡單工廠模式和工廠方法模式都是創建型設計模式，它們的核心目的都是將對象的創建和使用分離，但在實現復雜度、靈活性和應用場景上存在顯著差異。以下從定義、結構、適用場景和代碼示例四個方面進行對比分析：

一、簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）

定義與結構

定義：簡單工廠模式是一種創建對象的方式，它將對象的創建邏輯封裝在一個工廠類中，通過傳入參數決定創建哪種產品。
核心角色：
- 工廠類（Factory）：負責創建產品的靜態方法。
- 抽象產品（Product）：定義產品的接口。
- 具體產品（ConcreteProduct）：實現抽象產品接口。

適用場景

產品種類較少且創建邏輯簡單。
客戶端只需通過參數指定需要創建的產品，不關心創建細節。

代碼示例

// 抽象產品
class Shape {
public:virtual void draw() = 0;virtual ~Shape() = default;
};// 具體產品
class Circle : public Shape {
public:void draw() override { std::cout << "Circle::draw()" << std::endl; }
};class Rectangle : public Shape {
public:void draw() override { std::cout << "Rectangle::draw()" << std::endl; }
};// 簡單工廠
class ShapeFactory {
public:static std::unique_ptr<Shape> createShape(const std::string& type) {if (type == "circle") return std::make_unique<Circle>();if (type == "rectangle") return std::make_unique<Rectangle>();return nullptr; // 錯誤處理}
};// 客戶端使用
void client() {auto circle = ShapeFactory::createShape("circle");circle->draw(); // 輸出: Circle::draw()
}

特點

優點：實現簡單，將對象創建集中管理。
缺點：工廠類職責過重，新增產品需修改工廠類，違反開閉原則。

二、工廠方法模式（Factory Method Pattern）

定義與結構

定義：工廠方法模式定義創建對象的接口，讓子類決定實例化哪個類。工廠方法將產品的創建延遲到子類。
核心角色：
- 抽象工廠（AbstractFactory）：聲明工廠方法，返回抽象產品。
- 具體工廠（ConcreteFactory）：實現工廠方法，創建具體產品。
- 抽象產品（Product）：定義產品的接口。
- 具體產品（ConcreteProduct）：實現抽象產品接口。

適用場景

當一個類不知道它所需要的對象的類時（如框架設計）。
當一個類希望由其子類來指定創建對象時。
當類將創建對象的職責委托給多個子類中的某一個，并且希望在運行時動態指定時。

代碼示例

// 抽象產品
class Product {
public:virtual void operation() = 0;virtual ~Product() = default;
};// 具體產品
class ConcreteProductA : public Product {
public:void operation() override { std::cout << "ConcreteProductA::operation()" << std::endl; }
};class ConcreteProductB : public Product {
public:void operation() override { std::cout << "ConcreteProductB::operation()" << std::endl; }
};// 抽象工廠
class Factory {
public:virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() = 0;virtual ~Factory() = default;
};// 具體工廠
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() override {return std::make_unique<ConcreteProductA>();}
};class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() override {return std::make_unique<ConcreteProductB>();}
};// 客戶端使用
void client(Factory& factory) {auto product = factory.createProduct();product->operation();
}// 使用示例
int main() {ConcreteFactoryA factoryA;client(factoryA); // 輸出: ConcreteProductA::operation()ConcreteFactoryB factoryB;client(factoryB); // 輸出: ConcreteProductB::operation()
}

特點

優點：符合開閉原則，新增產品只需添加新的具體工廠，無需修改抽象工廠和客戶端。
缺點：工廠子類過多時會導致代碼復雜度增加。

三、抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）

定義與結構

定義：抽象工廠模式提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無需指定它們具體的類。
核心角色：
- 抽象工廠（AbstractFactory）：聲明創建多個抽象產品的方法。
- 具體工廠（ConcreteFactory）：實現抽象工廠的方法，創建一組具體產品。
- 抽象產品族（AbstractProduct）：定義多個產品的接口。
- 具體產品（ConcreteProduct）：實現抽象產品接口。

適用場景

系統需要獨立于產品的創建、組合和表示時。
系統需要使用多個產品族中的一個，且產品之間有依賴關系。
需要動態切換產品系列時（如跨平臺 UI、主題系統）。

代碼示例

// 抽象產品A
class AbstractProductA {
public:virtual void operationA() = 0;virtual ~AbstractProductA() = default;
};// 具體產品A1
class ProductA1 : public AbstractProductA {
public:void operationA() override { std::cout << "ProductA1::operationA()" << std::endl; }
};// 具體產品A2
class ProductA2 : public AbstractProductA {
public:void operationA() override { std::cout << "ProductA2::operationA()" << std::endl; }
};// 抽象產品B
class AbstractProductB {
public:virtual void operationB() = 0;virtual ~AbstractProductB() = default;
};// 具體產品B1
class ProductB1 : public AbstractProductB {
public:void operationB() override { std::cout << "ProductB1::operationB()" << std::endl; }
};// 具體產品B2
class ProductB2 : public AbstractProductB {
public:void operationB() override { std::cout << "ProductB2::operationB()" << std::endl; }
};// 抽象工廠
class AbstractFactory {
public:virtual std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() = 0;virtual std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() = 0;virtual ~AbstractFactory() = default;
};// 具體工廠1
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
public:std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() override {return std::make_unique<ProductA1>();}std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() override {return std::make_unique<ProductB1>();}
};// 具體工廠2
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
public:std::unique_ptr<AbstractProductA> createProductA() override {return std::make_unique<ProductA2>();}std::unique_ptr<AbstractProductB> createProductB() override {return std::make_unique<ProductB2>();}
};// 客戶端使用
void client(AbstractFactory& factory) {auto productA = factory.createProductA();auto productB = factory.createProductB();productA->operationA();productB->operationB();
}// 使用示例
int main() {ConcreteFactory1 factory1;client(factory1); // 輸出: ProductA1::operationA() 和 ProductB1::operationB()ConcreteFactory2 factory2;client(factory2); // 輸出: ProductA2::operationA() 和 ProductB2::operationB()
}

特點

優點：將產品族的創建封裝，保證產品間的兼容性；易于切換產品系列。
缺點：新增產品族需修改抽象工廠及其所有子類，違反開閉原則；實現復雜。

四、三者對比總結

維度	簡單工廠模式	工廠方法模式	抽象工廠模式
核心思想	將對象創建邏輯封裝在一個工廠類中	定義創建對象的接口，由子類實現具體創建邏輯	提供創建一系列相關產品的接口，無需指定具體類
工廠數量	一個工廠類	一個抽象工廠和多個具體工廠	一個抽象工廠和多個具體工廠
產品數量	一個產品等級結構	一個產品等級結構	多個產品等級結構（產品族）
擴展性	新增產品需修改工廠類，違反開閉原則	新增產品只需添加新的具體工廠，符合開閉原則	新增產品族需修改抽象工廠，違反開閉原則
適用場景	產品種類少且創建邏輯簡單	需要靈活擴展創建邏輯的場景	創建相互依賴的產品族的場景
復雜度	簡單	中等	復雜