【C++ | 设计模式】工厂方法模式的详解与实现
简述
工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种常用的对象创建型设计模式，此模式的核心思想是封装类中不变的部分，提取其中个性化善变的部分为独立类，通过依赖注入以达到解耦、复用以及方便后期维护拓展的目的。
模式结构
UML 结构图：
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Factory（抽象工厂）：是工厂方法模式的核心，与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。
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ConcreteFactory（具体工厂）：实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含与应用程序密切相关的逻辑，并且被应用程序调用以创建产品对象。
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Product（抽象产品）：所创建对象的基类，也就是具体产品的共同父类或共同拥有的接口。
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ConcreteProduct（具体产品）：实现了抽象产品角色所定义的接口。某具体产品有专门的具体工厂创建，它们之间往往一一对应。
工厂方法模式的优点
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减少依赖：
- 客户端代码只依赖于产品接口和创建者接口，而不依赖于具体的产品实现。这样可以降低代码的耦合度，提高系统的可扩展性。
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灵活性：
- 可以在不修改客户端代码的情况下引入新的具体产品。这是因为创建者类的工厂方法可以被重写以返回不同的具体产品。
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遵循开闭原则：
- 系统对扩展开放，对修改关闭。添加新的具体产品只需要添加新的子类，而不需要修改现有的代码。
工厂方法模式的缺点
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类的数量增加：
- 每增加一种产品类型，都需要增加相应的具体产品类和具体创建者类，这会增加系统的复杂度。
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代码复杂性：
- 工厂方法模式引入了额外的抽象层，可能会增加理解和维护的复杂性。
应用场景
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产品类的创建过程复杂：当创建产品的过程复杂，且可能涉及多个步骤时，可以使用工厂方法模式来封装这些复杂的创建逻辑。
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系统需要独立于产品的创建和表示：当系统需要依赖于产品的接口，而不是具体的实现时，可以使用工厂方法模式。
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产品类有多个变体：当需要创建不同类型的产品对象，并且这些产品对象具有相似的接口时，可以使用工厂方法模式。
案例分析
BBA - 奔驰、宝马、奥迪
互联网行业有三巨头 BAT，汽车界也有三大豪门 BBA - 奔驰、宝马、奥迪。他们是驰名世界的汽车企业，也被认为是高档汽车生产的先导，最可怕的是均属于德国制造。奔驰优雅稳重、宝马操控感强、奥迪大气，更是官车的代表。。。“坐奔驰，开宝马”，足以说明一切。在国内，BBA 大受欢迎，对很多人来说，不仅是代步工具，更是身份的象征。
车再好，也需要在工厂中加工生产，来一起看看工厂方法模式吧！
工厂模式基本和简单工厂模式差不多，简单工厂模式 - 在产品子类添加时，需要添加一个判断分支，这违背了开放-封闭原则。因此，工厂模式就是为了解决这个问题而产生的。
所以，对于 简单工厂模式 一节中的 BBA 来说，要分别由对应的工厂来生产。
示例代码：
#include <iostream>
#include <string>// 产品接口（Product）
class Car {
public:virtual ~Car() {}virtual void drive() const = 0; // 纯虚函数，用于描述汽车的特性
};// 具体产品（ConcreteProduct） - 奔驰
class Mercedes : public Car {
public:void drive() const override {std::cout << "Driving a Mercedes - Elegant and Luxurious" << std::endl;}
};// 具体产品（ConcreteProduct） - 宝马
class BMW : public Car {
public:void drive() const override {std::cout << "Driving a BMW - Sporty and Agile" << std::endl;}
};// 具体产品（ConcreteProduct） - 奥迪
class Audi : public Car {
public:void drive() const override {std::cout << "Driving an Audi - Stylish and Powerful" << std::endl;}
};// 创建者接口（Creator）
class CarFactory {
public:virtual ~CarFactory() {}virtual Car* createCar() const = 0; // 工厂方法，用于创建汽车
};// 具体创建者（ConcreteCreator） - 奔驰工厂
class MercedesFactory : public CarFactory {
public:Car* createCar() const override {return new Mercedes();}
};// 具体创建者（ConcreteCreator） - 宝马工厂
class BMWFactory : public CarFactory {
public:Car* createCar() const override {return new BMW();}
};// 具体创建者（ConcreteCreator） - 奥迪工厂
class AudiFactory : public CarFactory {
public:Car* createCar() const override {return new Audi();}
};// 客户端代码
void clientCode(const CarFactory& factory) {Car* car = factory.createCar();car->drive(); // 使用工厂方法创建的汽车对象delete car; // 释放汽车对象的内存
}int main() {// 使用奔驰工厂创建奔驰汽车MercedesFactory mercedesFactory;clientCode(mercedesFactory);// 使用宝马工厂创建宝马汽车BMWFactory bmwFactory;clientCode(bmwFactory);// 使用奥迪工厂创建奥迪汽车AudiFactory audiFactory;clientCode(audiFactory);return 0;
}