在嵌入式開發和系統編程中，良好的架構設計 能有效提升代碼的可維護性、可擴展性。雖然 C 語言不是面向對象語言，但通過結構體與函數指針等手段，我們依然可以實現經典的設計模式。本文將深入講解如何在 Linux 環境下使用 C 語言實現工廠模式（Factory Pattern），并結合實際案例說明其優勢與應用場景。

🧠 一、工廠模式簡介

什么是工廠模式？

工廠模式是一種創建型設計模式，用于隱藏對象創建邏輯，將實例化過程交由工廠類負責。調用者只關心產品的“接口”，不關心具體實現，從而實現解耦。

C 語言實現設計模式的挑戰

• 沒有類和繼承
• 無多態機制
• 類型系統不如 C++ 靈活

解決辦法：

• 使用 struct 模擬類
• 使用函數指針模擬方法
• 使用枚舉/注冊表實現工廠分發

🏗? 二、實現簡單工廠模式（Simple Factory）

我們以“不同類型的傳感器”為例，定義一個統一的設備接口，由工廠創建不同的傳感器對象。

1. 定義傳感器接口（device.h）

#ifndef DEVICE_H
#define DEVICE_Htypedef struct Device {void (*init)(void);void (*read)(void);void (*destroy)(struct Device* self);
} Device;#endif

2. 各類型傳感器實現（sensor_temp.c / sensor_humidity.c）

溫度傳感器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "device.h"static void temp_init() {printf("溫度傳感器初始化完成\n");
}static void temp_read() {printf("溫度傳感器讀取數據：25°C\n");
}Device* create_temp_sensor() {Device* dev = (Device*)malloc(sizeof(Device));dev->init = temp_init;dev->read = temp_read;dev->destroy = free;return dev;
}

濕度傳感器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "device.h"static void humidity_init() {printf("濕度傳感器初始化完成\n");
}static void humidity_read() {printf("濕度傳感器讀取數據：60%%\n");
}Device* create_humidity_sensor() {Device* dev = (Device*)malloc(sizeof(Device));dev->init = humidity_init;dev->read = humidity_read;dev->destroy = free;return dev;
}

3. 定義工廠接口（factory.h / factory.c）

factory.h

#ifndef FACTORY_H
#define FACTORY_H#include "device.h"typedef enum {SENSOR_TEMP,SENSOR_HUMIDITY
} SensorType;Device* sensor_factory_create(SensorType type);#endif

factory.c

#include "factory.h"extern Device* create_temp_sensor();
extern Device* create_humidity_sensor();Device* sensor_factory_create(SensorType type) {switch (type) {case SENSOR_TEMP:return create_temp_sensor();case SENSOR_HUMIDITY:return create_humidity_sensor();default:return NULL;}
}

4. 使用工廠的主函數（main.c）

#include <stdio.h>
#include "factory.h"int main() {Device* sensor1 = sensor_factory_create(SENSOR_TEMP);Device* sensor2 = sensor_factory_create(SENSOR_HUMIDITY);if (sensor1) {sensor1->init();sensor1->read();sensor1->destroy(sensor1);}if (sensor2) {sensor2->init();sensor2->read();sensor2->destroy(sensor2);}return 0;
}

🧪 三、Linux 應用場景舉例

用戶空間：

• 日志模塊封裝：使用工廠返回 file_logger / syslog_logger / udp_logger
• 插件加載器：通過配置動態加載插件創建函數指針并注冊

內核空間類比：

• platform_driver 機制：of_device_id 表現類似“注冊表+工廠”
• probe 函數中的創建與注冊過程 模擬工廠動態創建驅動實例

🧰 四、進階設計：注冊表式工廠（更靈活）

typedef struct {SensorType type;Device* (*create_func)(void);
} SensorRegistryEntry;static SensorRegistryEntry registry[] = {{ SENSOR_TEMP, create_temp_sensor },{ SENSOR_HUMIDITY, create_humidity_sensor },
};Device* sensor_factory_create(SensorType type) {for (int i = 0; i < sizeof(registry)/sizeof(registry[0]); ++i) {if (registry[i].type == type) {return registry[i].create_func();}}return NULL;
}

這種寫法易于擴展，只需新增注冊項。

🧠 五、總結

• 工廠模式是創建型設計模式的典型代表，適用于對象種類較多、結構相似的場景。
• 在 C 語言中可以通過結構體+函數指針靈活模擬面向對象思想。
• 工廠模式可以大大降低模塊之間的耦合性，使系統更易于維護和擴展。

🔗 六、參考資料

• 《設計模式：可復用面向對象軟件的基礎》
• 《Linux 設備驅動開發詳解》
• 見附件示例代碼

  https://download.csdn.net/download/yll7702/90919839