设计模式--工厂模式（Factory Pattern）

一、什么是工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的接口，但是将对象的实例化过程推迟到子类中。工厂模式允许通过调用一个共同的接口方法来创建不同类型的对象，而无需暴露对象的实例化逻辑。

工厂模式的主要目标是解耦对象的创建和使用，以及提供一种更灵活的方式来管理对象的实例化。通过使用工厂模式，可以轻松添加新类型的对象，而不会影响到已有的代码。

工厂模式通常涉及以下几个核心角色：

产品（Product）：这是一个抽象类或接口，定义了所创建对象的通用接口。
具体产品（Concrete Product）：这些是实现了产品接口的具体类，它们是工厂方法模式的创建目标。
工厂（Factory）：这是一个抽象类或接口，定义了创建对象的接口方法。工厂类通常是一个创建具体产品对象的工厂方法。
具体工厂（Concrete Factory）：这些是实现了工厂接口的具体类，它们负责实例化具体的产品对象。

工厂模式可以分为三种常见的变体：

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：通过一个共同的工厂类来创建对象，客户端只需传递一个参数来指定所需的对象类型。虽然不是严格意义上的设计模式，但它是工厂模式的基础。
工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个工厂接口，具体的工厂子类负责实现工厂接口并创建对象。每个具体工厂对应一个特定的产品。
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供了一种创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定具体类。适用于创建一组相互关联的产品。

二、简单工厂模式的代码样例

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）虽然不是严格的设计模式，但它是工厂模式的一种基本形式，适用于创建单一类别的对象。在简单工厂模式中，有一个工厂类负责根据客户端的请求创建不同类型的对象。

以下是一个用C++实现简单工厂模式的示例：

#include <iostream>

// 抽象产品类
class Product {
public:
    virtual void operation() = 0;
};

// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:
    void operation() override {
        std::cout << "ConcreteProductA operation." << std::endl;
    }
};

// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:
    void operation() override {
        std::cout << "ConcreteProductB operation." << std::endl;
    }
};

// 简单工厂类
class SimpleFactory {
public:
    // 根据传入的参数创建不同类型的产品对象
    static Product* createProduct(char type) {
        if (type == 'A') {
            return new ConcreteProductA();
        } else if (type == 'B') {
            return new ConcreteProductB();
        } else {
            return nullptr; // 可以抛出异常或其他处理
        }
    }
};

int main() {
    // 客户端通过工厂创建产品
    Product* productA = SimpleFactory::createProduct('A');
    Product* productB = SimpleFactory::createProduct('B');

    if (productA) {
        productA->operation();
        delete productA;
    }

    if (productB) {
        productB->operation();
        delete productB;
    }

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个抽象产品类 Product，然后有两个具体的产品类 ConcreteProductA 和 ConcreteProductB。简单工厂类 SimpleFactory 有一个静态方法 createProduct，根据传入的参数来创建不同类型的产品对象。

虽然简单工厂模式简化了对象的实例化，但它的弊端在于如果需要添加新类型的产品，就需要修改工厂类的代码。因此，当需要支持更多产品类型时，更推荐使用工厂方法模式或抽象工厂模式。

三、工厂方法模式的代码样例

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但是将具体的对象实例化推迟到子类中。每个具体的工厂子类负责创建特定类型的对象。这种模式使得客户端代码与具体创建对象的代码分离，实现了松耦合。

以下是一个用C++实现工厂方法模式的示例：

#include <iostream>

// 抽象产品类
class Product {
public:
    virtual void operation() = 0;
};

// 具体产品类A
class ConcreteProductA : public Product {
public:
    void operation() override {
        std::cout << "ConcreteProductA operation." << std::endl;
    }
};

// 具体产品类B
class ConcreteProductB : public Product {
public:
    void operation() override {
        std::cout << "ConcreteProductB operation." << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂类
class Factory {
public:
    virtual Product* createProduct() = 0;
};

// 具体工厂类A
class ConcreteFactoryA : public Factory {
public:
    Product* createProduct() override {
        return new ConcreteProductA();
    }
};

// 具体工厂类B
class ConcreteFactoryB : public Factory {
public:
    Product* createProduct() override {
        return new ConcreteProductB();
    }
};

int main() {
    // 客户端通过具体工厂来创建产品
    Factory* factoryA = new ConcreteFactoryA();
    Product* productA = factoryA->createProduct();
    productA->operation();
    delete factoryA;
    delete productA;

    Factory* factoryB = new ConcreteFactoryB();
    Product* productB = factoryB->createProduct();
    productB->operation();
    delete factoryB;
    delete productB;

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个抽象产品类 Product，然后有两个具体的产品类 ConcreteProductA 和 ConcreteProductB。抽象工厂类 Factory 定义了一个纯虚函数 createProduct，由具体的工厂子类来实现该方法并创建特定类型的产品对象。

客户端使用具体的工厂类来创建产品，这样客户端代码与具体的产品创建代码分离，实现了解耦。工厂方法模式允许通过添加新的工厂子类来支持新的产品类型，而无需修改现有的代码。

四、抽象工厂模式的代码样例

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它提供一个接口用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定具体类。抽象工厂模式适用于需要创建一组相互关联的产品的情况，它将一组相关的工厂类封装起来。

以下是一个用C++实现抽象工厂模式的示例：

#include <iostream>

// 抽象产品类A
class AbstractProductA {
public:
    virtual void operationA() = 0;
};

// 具体产品类A1
class ConcreteProductA1 : public AbstractProductA {
public:
    void operationA() override {
        std::cout << "ConcreteProductA1 operation." << std::endl;
    }
};

// 具体产品类A2
class ConcreteProductA2 : public AbstractProductA {
public:
    void operationA() override {
        std::cout << "ConcreteProductA2 operation." << std::endl;
    }
};

// 抽象产品类B
class AbstractProductB {
public:
    virtual void operationB() = 0;
};

// 具体产品类B1
class ConcreteProductB1 : public AbstractProductB {
public:
    void operationB() override {
        std::cout << "ConcreteProductB1 operation." << std::endl;
    }
};

// 具体产品类B2
class ConcreteProductB2 : public AbstractProductB {
public:
    void operationB() override {
        std::cout << "ConcreteProductB2 operation." << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂类
class AbstractFactory {
public:
    virtual AbstractProductA* createProductA() = 0;
    virtual AbstractProductB* createProductB() = 0;
};

// 具体工厂类1
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
public:
    AbstractProductA* createProductA() override {
        return new ConcreteProductA1();
    }
    AbstractProductB* createProductB() override {
        return new ConcreteProductB1();
    }
};

// 具体工厂类2
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
public:
    AbstractProductA* createProductA() override {
        return new ConcreteProductA2();
    }
    AbstractProductB* createProductB() override {
        return new ConcreteProductB2();
    }
};

int main() {
    // 客户端通过具体工厂来创建一组相关的产品
    AbstractFactory* factory1 = new ConcreteFactory1();
    AbstractProductA* productA1 = factory1->createProductA();
    AbstractProductB* productB1 = factory1->createProductB();
    productA1->operationA();
    productB1->operationB();
    delete factory1;
    delete productA1;
    delete productB1;

    AbstractFactory* factory2 = new ConcreteFactory2();
    AbstractProductA* productA2 = factory2->createProductA();
    AbstractProductB* productB2 = factory2->createProductB();
    productA2->operationA();
    productB2->operationB();
    delete factory2;
    delete productA2;
    delete productB2;

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了两组相关的产品类：AbstractProductA 和 AbstractProductB，然后分别有两个具体的产品类。抽象工厂类 AbstractFactory 定义了两个纯虚函数，分别用于创建 AbstractProductA 和 AbstractProductB 对象。具体的工厂类 ConcreteFactory1 和 ConcreteFactory2 实现了这些方法，并创建特定类型的产品对象。

通过使用抽象工厂模式，客户端可以通过具体的工厂来创建一组相关的产品，实现了一种创建一系列相互关联产品的方式。这有助于实现高内聚、低耦合的设计。

五、三种工厂模式之间的关系

这三种工厂模式（简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式）都是创建型设计模式，旨在解决对象的创建问题。它们之间有一些共同点，但也存在一些差异。下面是它们之间的关系和区别：

共同点：

都关注对象的创建，封装了对象的实例化过程，使客户端代码与具体创建逻辑分离。
都遵循了开闭原则，即可以通过添加新的产品类或工厂类来扩展功能，而无需修改现有代码。

差异：

简单工厂模式：虽然不是严格意义上的设计模式，但它是工厂模式的基础。它通过一个共同的工厂类来创建不同类型的对象，客户端根据参数来指定对象类型。适用于创建单一类别的对象。
工厂方法模式：定义了一个工厂接口，由具体的工厂子类来实现工厂接口并创建特定类型的产品对象。每个工厂只负责创建一种产品。适用于创建一组相关的产品，每个产品有一个对应的工厂。
抽象工厂模式：提供了一种创建一组相关或相互依赖对象的接口，每个具体的工厂子类负责创建一组相关产品。适用于创建一组相互关联的产品，每组产品都有一个对应的工厂。

适用场景：