引言

在軟件開發中，設計模式是解決常見問題的經過驗證的方案。其中，工廠方法模式是一種創建型設計模式，廣泛應用于需要動態創建對象的場景。本文將詳細介紹工廠方法模式的核心概念、應用場景，并通過C++代碼示例展示其具體實現。

核心概念

工廠方法模式通過將對象的創建委托給子類，提高了系統的靈活性和擴展性。以下是其核心概念：

抽象工廠接口

定義一個創建產品的抽象方法。例如：

class GuoYao {
public:virtual ~GuoYao() = default;virtual YongYong* createYongYong() = 0;
};

具體工廠類

實現抽象工廠接口，負責創建具體的產品實例。例如：

class CommonYongYongFactory : public GuoYao {
public:YongYong* createYongYong() override {return new CommonYongYong();}
};

抽象產品類

定義產品的接口，具體產品類實現該接口。例如：

class YongYong {
public:virtual ~YongYong() = default;virtual void attack() = 0;virtual void defense() = 0;
};

具體產品類

實現抽象產品類，提供具體功能。例如：

class CommonYongYong : public YongYong {
public:void attack() override {std::cout << "普通勇勇發起普通攻擊。" << std::endl;}void defense() override {std::cout << "普通勇勇進行普通防御。" << std::endl;}
};class AdvancedYongYong : public YongYong {
public:void attack() override {std::cout << "高級勇勇發起強力攻擊。" << std::endl;}void defense() override {std::cout << "高級勇勇進行高級防御。" << std::endl;}
};

結構與示例

示例：國遙創建勇勇

假設我們有一個游戲系統，其中有一個角色“勇勇”，而“國遙”是一個工廠，負責創建不同類型的“勇勇”角色。我們可以使用工廠方法模式來實現這個功能，從而動態地創建不同類型的“勇勇”角色。

步驟 1：定義抽象產品類

// 抽象產品類：勇勇角色
class YongYong {
public:virtual ~YongYong() = default;virtual void attack() = 0;virtual void defense() = 0;
};

步驟 2：實現具體產品類

// 具體產品類：普通勇勇
class CommonYongYong : public YongYong {
public:void attack() override {std::cout << "普通勇勇發起普通攻擊。" << std::endl;}void defense() override {std::cout << "普通勇勇進行普通防御。" << std::endl;}
};// 具體產品類：高級勇勇
class AdvancedYongYong : public YongYong {
public:void attack() override {std::cout << "高級勇勇發起強力攻擊。" << std::endl;}void defense() override {std::cout << "高級勇勇進行高級防御。" << std::endl;}
};

步驟 3：定義抽象工廠接口

// 抽象工廠接口：國遙工廠
class GuoYao {
public:virtual ~GuoYao() = default;virtual YongYong* createYongYong() = 0;
};

步驟 4：實現具體工廠類

// 具體工廠類：普通勇勇工廠
class CommonYongYongFactory : public GuoYao {
public:YongYong* createYongYong() override {return new CommonYongYong();}
};// 具體工廠類：高級勇勇工廠
class AdvancedYongYongFactory : public GuoYao {
public:YongYong* createYongYong() override {return new AdvancedYongYong();}
};

步驟 5：使用工廠方法模式

#include <iostream>int main() {// 創建工廠實例GuoYao* commonFactory = new CommonYongYongFactory();GuoYao* advancedFactory = new AdvancedYongYongFactory();// 使用工廠創建勇勇角色YongYong* commonYongYong = commonFactory->createYongYong();commonYongYong->attack();   // 輸出: 普通勇勇發起普通攻擊。commonYongYong->defense();  // 輸出: 普通勇勇進行普通防御。delete commonYongYong;delete commonFactory;YongYong* advancedYongYong = advancedFactory->createYongYong();advancedYongYong->attack();   // 輸出: 高級勇勇發起強力攻擊。advancedYongYong->defense();  // 輸出: 高級勇勇進行高級防御。delete advancedYongYong;delete advancedFactory;return 0;
}

代碼解釋

• 抽象產品類 YongYong ：定義了勇勇角色的接口，包括 attack 和 defense 方法。
• 具體產品類 CommonYongYong 和 AdvancedYongYong ：分別實現了普通勇勇和高級勇勇的角色，具有不同的攻擊和防御行為。
• 抽象工廠接口 GuoYao ：聲明了創建勇勇角色的方法 createYongYong。
• 具體工廠類 CommonYongYongFactory 和 AdvancedYongYongFactory ：實現了 createYongYong 方法，分別返回普通勇勇和高級勇勇的實例。
• 客戶端代碼：創建具體的工廠實例，調用 createYongYong 方法創建勇勇角色，并調用其方法執行攻擊和防御動作。

優點

1. 遵循開閉原則：當需要添加新的勇勇類型時，只需新增具體工廠類和具體產品類，無需修改現有代碼。
2. 隱藏創建細節：客戶端代碼只需關注工廠接口，無需了解具體勇勇角色的創建細節。
3. 提高靈活性和擴展性：便于維護和升級系統，適應不同的需求變化。

C++標準庫中的應用

C++標準庫中有多處地方采用了工廠方法模式，以下是一些主要組件：

1. 輸入輸出流庫 (<iostream>)

通過構造函數創建不同類型的流對象，如 std::ofstream 和 std::ifstream。

std::ofstream fout("output.txt");
std::ifstream fin("input.txt");

2. 智能指針 (<memory>)

通過工廠函數 std::make_unique 和 std::make_shared 創建智能指針。

std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(10);
std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(20);

3. 容器類 (<vector>, <list>, 等)

通過構造函數和成員函數動態管理容器內容。

std::vector<int> vec(5, 0);
vec.resize(10);
vec.emplace_back(100);

4. 線程類 (<thread>)

通過構造函數創建線程。

std::thread t(threadFunction);
t.join();

5. 正則表達式類 (<regex>)

通過構造函數創建正則表達式對象。

std::regex re("^[a-zA-Z]+$");
std::string str = "Hello";
std::regex_match(str, re);

總結

通過上述步驟和代碼示例，我成功地實現了工廠方法模式，并將其應用于“國遙創建勇勇”的場景中。這個過程不僅加深了我對工廠方法模式的理解，也讓我認識到在實際項目中合理應用設計模式的重要性。通過這種方式，我們可以設計出更加靈活和可擴展的系統，從而更好地應對需求的變化和擴展。

C++標準庫中廣泛使用工廠方法模式，這進一步證明了該模式在軟件開發中的重要性和實用性。通過學習和應用工廠方法模式，我們可以提高代碼的質量和系統的維護性，為開發更加 robust 和可擴展的軟件打下堅實的基礎。