設計模式-工廠模式（Factory Pattern）

一、工廠模式說明

????????工廠模式是一種創建型設計模式，它提供了一種將對象的創建與使用分離的方式。工廠模式通過引入一個公共的接口來創建對象，而不是通過直接調用構造函數來創建對象。這樣做的好處是使得代碼更加靈活，更容易維護和擴展。

????????工廠模式通常包含以下幾個角色：

????????產品（Product）： 產品是工廠模式所創建的對象。它可以是一個接口、抽象類或者具體類，用來描述工廠創建的對象所具有的特性和行為。

????????工廠接口（Factory Interface）： 工廠接口是用來創建產品對象的接口，它定義了一個或多個工廠方法用來創建產品。通常情況下，工廠接口是一個抽象類或者接口，其中的工廠方法可以是抽象方法或者默認實現方法。

????????具體工廠（Concrete Factory）： 具體工廠是工廠模式的實現者，它實現了工廠接口，負責創建具體的產品對象。每個具體工廠類通常都與一個特定的產品相關聯，用來創建該產品的實例。

????????客戶端（Client）： 客戶端是使用工廠模式的地方，它通過工廠接口來創建產品對象，而不需要知道具體的產品類。客戶端通常只與工廠接口和產品接口交互，而不直接依賴具體的產品類。

二、工廠模式應用

????????在實際應用中的例子時，有幾個常見的場景：

????????數據庫連接池： 在大多數現代應用程序中，需要頻繁地與數據庫進行交互。為了提高性能和效率，通常會使用數據庫連接池。連接池是一組預先創建的數據庫連接，可以在需要時重新使用。工廠模式可用于創建這些數據庫連接，以便統一管理連接的創建和銷毀。例如，可以使用工廠方法模式創建不同類型的數據庫連接對象，如 MySQL 連接、PostgreSQL 連接等。

????????日志記錄器： 許多應用程序需要記錄事件和錯誤信息以便后期分析和調試。日志記錄器是用于記錄這些信息的工具。工廠模式可用于創建不同類型的日志記錄器，如文件日志記錄器、數據庫日志記錄器、控制臺日志記錄器等。根據應用程序的需求，可以選擇合適的日志記錄器類型。例如，可以使用抽象工廠模式來創建不同類型的日志記錄器對象，并使用配置文件或其他參數來確定要創建的日志記錄器類型。

????????UI控件庫： 在圖形用戶界面（GUI）應用程序中，UI控件庫用于創建和管理各種用戶界面元素，如按鈕、文本框、標簽等。工廠模式可用于創建這些UI控件。例如，可以使用簡單工廠模式創建不同類型的UI控件對象，并提供統一的接口來訪問這些控件。這樣可以降低客戶端代碼與具體控件實現之間的耦合，并提高代碼的靈活性和可維護性。

????????加密算法庫： 在安全領域中，加密算法是非常重要的組成部分。工廠模式可用于創建不同類型的加密算法對象，如對稱加密算法、非對稱加密算法等。例如，可以使用工廠方法模式創建不同類型的加密算法對象，并提供統一的接口來加密和解密數據。這樣可以方便地切換和使用不同類型的加密算法，而不影響客戶端代碼。

????????游戲開發： 在游戲開發中，經常需要創建各種游戲對象，如角色、道具、怪物等。工廠模式可用于創建這些游戲對象。例如，可以使用工廠方法模式創建不同類型的游戲對象，并提供統一的接口來處理游戲邏輯。這樣可以方便地擴展和修改游戲中的對象，而不需要修改客戶端代碼。

三、工廠模式的實現

(一) 簡單工廠模式

????????簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一個專門的工廠類用于創建對象，而不需要將對象的創建邏輯暴露給客戶端。簡單工廠模式通過將對象的創建過程封裝在工廠類中，使得客戶端無需知道具體的實例化邏輯，只需要通過工廠類來獲取所需的對象。

????????簡單工廠模式由三個主要組成部分構成：

????????工廠類（Factory Class）：工廠類負責創建對象的實例。通常包含一個靜態方法或成員方法，根據客戶端的請求創建并返回具體的對象實例。客戶端通過調用工廠類的方法獲取所需的對象。

????????抽象產品類（Abstract Product Class）：抽象產品類定義了所創建的對象的通用接口，客戶端通過該接口與具體產品進行交互。工廠類負責創建的對象都是抽象產品類的子類對象。

????????具體產品類（Concrete Product Class）：具體產品類是抽象產品類的具體實現，它實現了抽象產品類定義的接口，并提供了具體的功能和行為。

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類
class Product {
public:virtual void showInfo() = 0;virtual ~Product() {}
};// 具體產品接口1：顏色屬性 <- 這邊是為了實現 接口隔離原則 
class Colorable {
public:virtual void setColor(const std::string& color) = 0;virtual std::string getColor() const = 0;virtual ~Colorable() {}
};// 具體產品類：電子產品
class ElectronicProduct : public Product {
public:void showInfo() override {std::cout << "Electronic Product: Smart Phone\n";}
};// 具體產品類：服裝
class ClothingProduct : public Product, public Colorable {
private:std::string color;
public:void showInfo() override {std::cout << "Clothing Product: T-Shirt\n";}void setColor(const std::string& color) override {this->color = color;}std::string getColor() const override {return color;}
};// 具體產品類：食品
class FoodProduct : public Product {
public:void showInfo() override {std::cout << "Food Product: Chocolate\n";}
};// 簡單工廠類
class ProductFactory {
public:// 根據傳入的參數創建不同類型的產品對象std::unique_ptr<Product> createProduct(char type) {switch (type) {case 'E':return std::make_unique<ElectronicProduct>();case 'C':return std::make_unique<ClothingProduct>();case 'F':return std::make_unique<FoodProduct>();default:std::cerr << "Invalid product type\n";return nullptr;}}
};int main() {// 使用簡單工廠創建不同類型的商品對象ProductFactory factory;std::unique_ptr<Product> product1 = factory.createProduct('E');if (product1) {product1->showInfo();}std::unique_ptr<Product> product2 = factory.createProduct('C');if (product2) {product2->showInfo();Colorable* colorableProduct = dynamic_cast<Colorable*>(product2.get());if (colorableProduct) {colorableProduct->setColor("Red");std::cout << "Color: " << colorableProduct->getColor() << std::endl;}}std::unique_ptr<Product> product3 = factory.createProduct('F');if (product3) {product3->showInfo();}return 0;
}

(二) 工廠方法模式

????????工廠方法模式（Factory Method Pattern）是一種創建型設計模式，它定義了一個用于創建對象的接口，但是將具體對象的創建延遲到了子類中。這樣，工廠方法模式允許一個類的實例化延遲到子類中，從而使得一個類的實例化與子類的具體實現解耦。

????????工廠方法模式由四個主要組成部分構成：

????????抽象產品類（Abstract Product Class）：定義了工廠方法所創建的對象的接口，客戶端通過該接口與具體產品進行交互。

????????具體產品類（Concrete Product Class）：具體產品類是抽象產品類的實現，它定義了具體產品的屬性和行為。

????????抽象工廠類（Abstract Factory Class）：抽象工廠類定義了一個抽象的工廠方法，該方法返回一個抽象產品類的實例。該類可以是抽象類或接口。

????????具體工廠類（Concrete Factory Class）：具體工廠類是抽象工廠類的實現，它實現了抽象工廠類定義的工廠方法，負責創建具體的產品對象。

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類
class Product {
public:virtual void showInfo() = 0;virtual ~Product() {}
};// 具體產品類：電子產品
class ElectronicProduct : public Product {
public:void showInfo() override {std::cout << "Electronic Product: Smart Phone\n";}
};// 具體產品類：服裝
class ClothingProduct : public Product {
public:void showInfo() override {std::cout << "Clothing Product: T-Shirt\n";}
};// 具體產品類：食品
class FoodProduct : public Product {
public:void showInfo() override {std::cout << "Food Product: Chocolate\n";}
};// 抽象工廠類
class ProductFactory {
public:virtual std::unique_ptr<Product> createProduct() = 0;virtual ~ProductFactory() {}
};// 具體工廠類：電子產品工廠
class ElectronicProductFactory : public ProductFactory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() override {return std::make_unique<ElectronicProduct>();}
};// 具體工廠類：服裝工廠
class ClothingProductFactory : public ProductFactory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() override {return std::make_unique<ClothingProduct>();}
};// 具體工廠類：食品工廠
class FoodProductFactory : public ProductFactory {
public:std::unique_ptr<Product> createProduct() override {return std::make_unique<FoodProduct>();}
};int main() {// 使用具體工廠類來創建產品對象std::unique_ptr<ProductFactory> electronicFactory = std::make_unique<ElectronicProductFactory>();std::unique_ptr<Product> product1 = electronicFactory->createProduct();product1->showInfo();std::unique_ptr<ProductFactory> clothingFactory = std::make_unique<ClothingProductFactory>();std::unique_ptr<Product> product2 = clothingFactory->createProduct();product2->showInfo();std::unique_ptr<ProductFactory> foodFactory = std::make_unique<FoodProductFactory>();std::unique_ptr<Product> product3 = foodFactory->createProduct();product3->showInfo();return 0;
}

(三) 抽象工廠模式

????????抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一個接口用于創建一系列相關或相互依賴的對象，而無需指定它們的具體類。抽象工廠模式通過引入抽象工廠類和具體工廠類來實現對象的創建，使得客戶端可以從抽象工廠類中獲取具體工廠類的實例，進而創建所需的產品對象。

????????抽象工廠模式由四個主要組成部分構成：

????????抽象產品類（Abstract Product Class）：定義了工廠方法所創建的對象的接口，客戶端通過該接口與具體產品進行交互。

????????具體產品類（Concrete Product Class）：具體產品類是抽象產品類的實現，它定義了具體產品的屬性和行為。

????????抽象工廠類（Abstract Factory Class）：抽象工廠類定義了一個抽象的工廠方法，該方法返回一個抽象產品類的實例。抽象工廠類可以是一個接口或者抽象類。

????????具體工廠類（Concrete Factory Class）：具體工廠類是抽象工廠類的實現，它實現了抽象工廠類定義的工廠方法，并負責創建具體的產品對象。

#include <iostream>
#include <memory>// 抽象產品類
class ElectronicProduct {
public:virtual void showInfo() = 0;virtual ~ElectronicProduct() {}
};class ClothingProduct {
public:virtual void showInfo() = 0;virtual ~ClothingProduct() {}
};// 具體產品類：手機
class SmartPhone : public ElectronicProduct {
public:void showInfo() override {std::cout << "Smart Phone\n";}
};// 具體產品類：T恤
class TShirt : public ClothingProduct {
public:void showInfo() override {std::cout << "T-Shirt\n";}
};// 抽象工廠類
class AbstractFactory {
public:virtual std::unique_ptr<ElectronicProduct> createElectronicProduct() = 0;virtual std::unique_ptr<ClothingProduct> createClothingProduct() = 0;virtual ~AbstractFactory() {}
};// 具體工廠類：電子產品工廠
class ElectronicFactory : public AbstractFactory {
public:std::unique_ptr<ElectronicProduct> createElectronicProduct() override {return std::make_unique<SmartPhone>();}std::unique_ptr<ClothingProduct> createClothingProduct() override {// 在這個工廠中，我們無法創建服裝產品，因此返回 nullptrreturn nullptr;}
};// 具體工廠類：服裝工廠
class ClothingFactory : public AbstractFactory {
public:std::unique_ptr<ElectronicProduct> createElectronicProduct() override {// 在這個工廠中，我們無法創建電子產品，因此返回 nullptrreturn nullptr;}std::unique_ptr<ClothingProduct> createClothingProduct() override {return std::make_unique<TShirt>();}
};int main() {// 創建電子產品工廠并使用std::unique_ptr<AbstractFactory> electronicFactory = std::make_unique<ElectronicFactory>();std::unique_ptr<ElectronicProduct> electronicProduct = electronicFactory->createElectronicProduct();if (electronicProduct) {electronicProduct->showInfo();}// 創建服裝工廠并使用std::unique_ptr<AbstractFactory> clothingFactory = std::make_unique<ClothingFactory>();std::unique_ptr<ClothingProduct> clothingProduct = clothingFactory->createClothingProduct();if (clothingProduct) {clothingProduct->showInfo();}return 0;
}