工廠模式

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1. 簡單工廠模式（Simple Factory）

核心思想

• 定義一個工廠類，根據輸入參數創建不同的具體對象。
• 客戶端不直接調用具體類的構造函數，而是通過工廠類獲取對象。

示例代碼

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類
class Shape {
public:virtual void draw() = 0;virtual ~Shape() = default;
};// 具體產品類：圓形
class Circle : public Shape {
public:void draw() override {std::cout << "Drawing a Circle" << std::endl;}
};// 具體產品類：矩形
class Rectangle : public Shape {
public:void draw() override {std::cout << "Drawing a Rectangle" << std::endl;}
};// 簡單工廠類
class ShapeFactory {
public:enum class Type { Circle, Rectangle };// 創建對象的方法static std::unique_ptr<Shape> createShape(Type type) {switch (type) {case Type::Circle:return std::make_unique<Circle>();case Type::Rectangle:return std::make_unique<Rectangle>();default:throw std::invalid_argument("Invalid shape type");}}
};// 客戶端使用
int main() {auto circle = ShapeFactory::createShape(ShapeFactory::Type::Circle);circle->draw();  // Output: Drawing a Circleauto rect = ShapeFactory::createShape(ShapeFactory::Type::Rectangle);rect->draw();    // Output: Drawing a Rectanglereturn 0;
}

特點

• 優點：代碼簡單，集中管理對象的創建邏輯。
• 缺點：違反開閉原則（新增類型需修改工廠類）。

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2. 工廠方法模式（Factory Method）

核心思想

• 定義一個創建對象的抽象接口，由子類決定具體實例化的類。
• 每個具體產品對應一個具體工廠類。

示例代碼

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類
class Button {
public:virtual void render() = 0;virtual ~Button() = default;
};// 具體產品類：Windows 按鈕
class WindowsButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Rendering a Windows-style button" << std::endl;}
};// 具體產品類：MacOS 按鈕
class MacOSButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Rendering a MacOS-style button" << std::endl;}
};// 抽象工廠類
class ButtonFactory {
public:virtual std::unique_ptr<Button> createButton() = 0;virtual ~ButtonFactory() = default;
};// 具體工廠類：Windows 按鈕工廠
class WindowsButtonFactory : public ButtonFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<WindowsButton>();}
};// 具體工廠類：MacOS 按鈕工廠
class MacOSButtonFactory : public ButtonFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<MacOSButton>();}
};// 客戶端使用
void renderUI(ButtonFactory& factory) {auto button = factory.createButton();button->render();
}int main() {WindowsButtonFactory winFactory;renderUI(winFactory);  // Output: Rendering a Windows-style buttonMacOSButtonFactory macFactory;renderUI(macFactory);  // Output: Rendering a MacOS-style buttonreturn 0;
}

特點

• 優點：符合開閉原則，擴展新類型只需添加新工廠類。
• 缺點：類數量增加，系統復雜度提升。

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3. 抽象工廠模式（Abstract Factory）

核心思想

• 提供一個接口，用于創建一組相關或依賴的對象家族。
• 適合需要創建多個協同工作的對象的場景（如 GUI 組件庫）。

示例代碼

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類：按鈕
class Button {
public:virtual void render() = 0;virtual ~Button() = default;
};// 抽象產品類：文本框
class TextBox {
public:virtual void input() = 0;virtual ~TextBox() = default;
};// Windows 系列產品
class WindowsButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "Windows Button" << std::endl;}
};class WindowsTextBox : public TextBox {
public:void input() override {std::cout << "Windows TextBox" << std::endl;}
};// MacOS 系列產品
class MacOSButton : public Button {
public:void render() override {std::cout << "MacOS Button" << std::endl;}
};class MacOSTextBox : public TextBox {
public:void input() override {std::cout << "MacOS TextBox" << std::endl;}
};// 抽象工廠接口
class GUIFactory {
public:virtual std::unique_ptr<Button> createButton() = 0;virtual std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() = 0;virtual ~GUIFactory() = default;
};// 具體工廠：Windows 工廠
class WindowsFactory : public GUIFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<WindowsButton>();}std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {return std::make_unique<WindowsTextBox>();}
};// 具體工廠：MacOS 工廠
class MacOSFactory : public GUIFactory {
public:std::unique_ptr<Button> createButton() override {return std::make_unique<MacOSButton>();}std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {return std::make_unique<MacOSTextBox>();}
};// 客戶端使用
void createUI(GUIFactory& factory) {auto button = factory.createButton();auto textBox = factory.createTextBox();button->render();textBox->input();
}int main() {WindowsFactory winFactory;createUI(winFactory);  // Output: // Windows Button// Windows TextBoxMacOSFactory macFactory;createUI(macFactory);  // Output:// MacOS Button// MacOS TextBoxreturn 0;
}

特點

• 優點：保證產品家族的兼容性（如統一風格）。
• 缺點：擴展新產品家族需要修改所有工廠接口。

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工廠模式的核心對比

模式	適用場景	擴展性	復雜度
簡單工廠	對象類型少且固定	違反開閉原則	低
工廠方法	單一產品，需靈活擴展具體類型	新增產品類型只需添加新工廠	中
抽象工廠	需要創建一組相關的對象（產品家族）	新增產品家族需修改接口	高

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工廠模式的典型應用場景

1. 跨平臺 UI 開發：為不同操作系統創建風格一致的組件。
2. 游戲開發：動態生成不同類別的敵人或道具。
3. 數據庫訪問：根據配置創建 MySQL/Oracle 連接對象。
4. 插件系統：加載第三方模塊時動態創建對象。

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最佳實踐

1. 優先使用工廠方法模式：
   在需要靈活擴展時，避免簡單工廠的硬編碼邏輯。

2. 結合智能指針管理對象：
   使用 std::unique_ptr 或 std::shared_ptr 自動釋放資源。

   std::unique_ptr<Button> button = factory.createButton();
   

3. 避免過度設計：
   如果對象創建邏輯簡單，直接使用構造函數可能更高效。

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總結

工廠模式通過封裝對象的創建過程，實現以下目標：

• 解耦：客戶端代碼與具體類解耦。
• 可維護性：集中管理創建邏輯，便于修改和擴展。
• 靈活性：支持動態切換產品類型或家族。