设计模式：简单工厂模式（C++实现）
前言
本文将介绍简单工厂模式是工厂方法模式的前驱，但在软件开发中应用也较为频繁，通常将它作为学习其他工厂模式的入门。此外还有抽象工厂模式。这三种工厂模式各具特色，难度也逐个加大，在软件开发中它们都得到了广泛的应用，成为面向对象软件中常用的创建对象的工具。
目录
- 前言
- 简单工厂定义
-
- 1.要点
- 2.各个角色
- 3. 代码实现
-
- 抽象产品类
- 具体产品类
- 工厂类
- 客户端
- 通过需求来看简单工厂模式的示例
-
- 普通的模式
- 简单工厂模式
- 解决方案
- 简单工厂模式的简化
- 总结
-
- 优点
- 缺点
- 适用场景
- end
简单工厂定义
简单工厂模式(Simple Factroy Pattern)：定义一个工厂类，它可以根据参数的不同返回不同的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。因为在简单工厂模式中用于创建实例的方法是静态方法，因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。
1.要点
当你需要什么，只需要传入一个正确的参数，就可以获取所需要的对象，而无需知道创建细节。简单工厂的结构模式比较简单，其核心是工厂类的设计。如图：
2.各个角色
- Factory (工厂角色)：工厂角色即工厂类，它是简单工厂模式的核心，负责实现创建所有产品实例的内部逻辑;工厂类可以被外界直接调用，创建所需的产品对象; 在工厂类中提供了静态的工厂方法factoryMethod()，它的返回类型为抽象产品类型Product。
- Product(抽象产品角色)：它是工厂类所创建的所有对象的父类，封装了各种产品对象的公有方法，它的引入将提高系统的灵活性，使得在工厂类中只需定义一个通用的工厂方法，因为所有创建的具体产品对象都是其子类对象。
- ConcreteProduct(具体产品角色)：它是简单工厂模式的创建目标，所有被创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例。每一个具体产品角色都继承了抽象产品角色，需要实现在抽象产品中声明的抽象方法。
3. 代码实现
抽象产品类
在使用简单工厂模式时，首先需要对产品类进行重构，不能设计一个包罗万象的产品类，而需根据实际情况设计一个产品层次结构，将所有产品类公共的代码移至抽象产品类，并在抽象产品类中声明一些抽象方法，以供不同的具体产品类来实现，典型的抽象产品类代码如下所示:
class Product
{
// 所有产品类的公共业务方法
public:
void methodSame() {
// 公共方法的实现
}
// 声明抽象业务方法
virtual void methodDiff() = 0;
};
具体产品类
在具体产品类中实现了抽象产品类中的声明的抽象业务方法，不同的具体产品类可以提供不同的实现，典型的具体产品类代码如下：
class ConcreateProductA : public Product
{
// 实现业务方法
public:
void methodDiff() {
// 业务方法的实现
}
};
class ConcreateProductB : public Product
{
// 实现业务方法
public:
void methodDiff() {
// 业务方法的实现
}
};
工厂类
简单工厂模式的核心是工厂类，在没有工厂类之前，客户端一般会使用new关键字来直接创建产品对象，而在引入工厂类之后，客户端可以通过工厂类来创建产品，在简单工厂模式中，工厂类提供了一个静态工厂方法供客户端使用，根据所传入的参数不同可以创建不同的产品对象，典型的工厂类代码如下所示:
// 静态工厂方法
class Factory
{
public:
static Product* getProduct(string src)
{
Product* product = nullptr;
if (arg == "A") {
product = new ConcreateProductA();
// 初始化设置product
}
else if (arg == "B") {
product = new ConcreateProductB();
// 初始化设置product
}
return product;
}
};
客户端
在客户端代码中，我们通过调用工厂类的工厂方法即可得到产品对象，典型代码如下：
// Client
int main(void)
{
Product* product = nullptr;
// 通过工厂类创建产品对象
product = Factory::getProduct("A");
product->methodSame();
product->methodDiff();
}
通过需求来看简单工厂模式的示例
需求：图表库的设计
Sunny软件公司欲基于C++语言开发一套图表厍，该图表库可为应用系统提供各种外观不同的图表，例如柱状图、饼状图、折线图等。而且可以较为方便地对图表库进行扩展，以便能够在将来增加一些新类型的图
表。
普通的模式
客户端代码通过调用Chart类的构造函数来创建图表对象，根据参数的不同可以得到不同的图表，然后再调用display()方法来显示相应的图表。
class Chart
{
private:
string type; // 图表类型
public:
Chart(const string& t) : type(t)
{
if (type == "histogram") {
// 初始化柱状图
}
else if (type == "pie") {
// 初始化饼状图
}
else if (type == "line") {
// 初始化折线图
}
}
void display()
{
if (type == "histogram") {
// 显示柱状图
}
else if (type == "pie") {
// 显示饼状图
}
else if (type == "line") {
// 显示折线图
}
}
};
这样的设计方式有很多问题：
- 在Chart类中包含很多"if…else"代码块，整个类的代码相当冗长；如果需求大，代码会越长，阅读难度和维护难度越大；而且大量条件语句会影响系统的性能。
- Chart类的职责过重，违反了“单一职责原则”，不利于类的重用和维护。
- 当需要增加新类型的图表时，必须修改chart类的源代码，违反了“开闭原则”。
- 客户端只能通过new关键字来直接创建Chart类对象，类与客户端类的耦合度较高，对象的创建和使用无法分离。
- …
简单工厂模式
流程
- 将需要创建的各种不同对象（例如各种不同的Chart对象）的相关代码给封装到不同的类中，这些类称为具体产品类。
- 将他们公共的代码进行抽象和提取后封装在一个抽象产品类中，每一个具体产品类都是抽象产品类的子类。
- 提供一个工厂类用于创建各种产品，在工厂类中提供一个创建产品的工厂方法，该方法可以根据所传入的参数不同创建不同的具体产品对象。
- 客户端只需要调用工厂类的工厂方法并传入相应的参数即可得到一个产品对象。
解决方案
为了将Chart类的职责分离，同时将Chart对象的创建和使用分离，重构后的结构图如下：
代码
继承关系按照结构图设计
// 抽象产品类
struct Chart
{
virtual void display() = 0;
};
// 柱状图类：具体产品类
class HistogramChart : public Chart
{
public:
HistogramChart() {
cout << "【 创建柱状图 】" << endl;
}
void display() {
cout << "【 显示柱状图 】" << endl;
}
};
// 饼状图类：具体产品类
class PieChart : public Chart
{
public:
PieChart() {
cout << "【 创建饼状图 】" << endl;
}
void display() {
cout << "【 显示饼状图 】" << endl;
}
};
// 折线图类：具体产品类
class LineChart : public Chart
{
public:
LineChart() {
cout << "【 创建折线状图 】" << endl;
}
void display() {
cout << "【 显示折线状图 】" << endl;
}
};
// 图表工厂类： 工厂类
class ChartFactory
{
public:
// 静态工厂方法
static Chart* getchart(string type)
{
Chart* chart = nullptr;
if (type == "histogram") {
chart = new HistogramChart();
cout << "【 初始化设置柱状图 】" << endl;
}
else if (type == "pie") {
chart = new PieChart();
cout << "【 初始化设置饼状图 】" << endl;
}
else if (type == "line") {
chart = new LineChart();
cout << "【 初始化设置折线状图 】" << endl;
}
return chart;
}
};
客户端测试
// Client
int main(void)
{
Chart* chart = nullptr;
// 通过静态工厂方法创建产品
chart = ChartFactory::getchart("histogram");
chart->display();
return 0;
}
运行结果：
简单工厂模式的简化
可以将抽象产品类和工厂类合并，将静态工厂方法移到抽象产品类中。
代码
// 抽象产品类
struct Chart
{
virtual void display() = 0;
static Chart* getchart(const string& type);
};
Chart* Chart::getchart(string type)
{
Chart* chart = nullptr;
if (type == "histogram") {
chart = new HistogramChart();
cout << "【 初始化设置柱状图 】" << endl;
}
else if (type == "pie") {
chart = new PieChart();
cout << "【 初始化设置饼状图 】" << endl;
}
else if (type == "line") {
chart = new LineChart();
cout << "【 初始化设置折线状图 】" << endl;
}
else {
cout << "【 类型不存在 】" << endl;
}
return chart;
}
客户端测试
int main(void)
{
Chart* chart = nullptr;
chart = Chart::getchart("line");
chart->display();
return 0;
}
总结
简单工厂模式提供了专门的工厂类用于创建对象，将对象的创建和对象的使用分离开，它作为一种最简单的工厂模式在软件开发中得到了较为广泛的应用。
优点
(1)工厂类包含必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的职责，而仅仅“消费"产品，简单工厂模式实现了对象创建和使用的分离。
(2)客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于—些复杂的类名，通过简单工厂模式可以在一定程度减少使用者的记忆量。
(3)通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。
缺点
(1)由于工厂类集中了所有产品的创建逻辑，职责过重，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。
(2)使用简单工厂模式势必会增加系统中类的个数(引入了新的工厂类)，增加了系统的复杂度和理解难度。
(3)系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。
(4)简单工厂模式由于使用了静态工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。
适用场景
(1)工厂类负责创建的对象比较少，由于创建的对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂。
(2) 客户端只知道传入工厂类的参数，对如何创建对象不关注。