首先了解一下什么是工厂方法模式？
工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一种方法来封装对象的创建逻辑。具体来说，它通过定义一个创建对象的接口（即工厂方法），但将具体的对象实例化工作推迟到子类中完成。这样，客户端代码可以在不知道具体类的情况下创建对象，从而实现创建与使用的分离。
作用
工厂方法模式在软件设计中有以下几个主要作用：
-
解耦：
将对象的创建与使用分离，客户端无需了解具体类的实现细节，只需通过工厂方法获取对象即可。这降低了代码的耦合度。 -
扩展性：
当需要添加新的对象类型时，只需增加新的具体工厂类和产品类，而无需修改现有代码，符合之前我们提到的“开闭原则”（对扩展开放，对修改关闭）（SOLID的O）。 -
灵活性：
通过工厂方法，系统可以在运行时动态决定实例化哪个类，增加了程序的灵活性。
用法
工厂方法模式适用于以下场景：
- 当一个类无法预先知道需要创建的具体对象类型时。
- 当希望由子类决定创建哪种对象时。
- 当需要将对象的创建职责委托给多个子类中的某一个时。
C++ 示例
下面通过一个完整的 C++ 示例来说明工厂方法模式。我们以创建不同类型车辆（汽车和卡车）为例。
具体的UML图如下：
1. 定义产品接口
首先，定义一个抽象基类 Vehicle，它声明了所有车辆必须实现的方法。
#include <iostream>class Vehicle {
public:virtual void drive() const = 0; // 纯虚函数，所有子类必须实现virtual ~Vehicle() = default; // 虚析构函数，确保正确释放资源
};
2. 实现具体产品类
接下来，创建两个具体产品类 Car 和 Truck，它们继承自 Vehicle，并实现 drive 方法。
class Car : public Vehicle {
public:void drive() const override {std::cout << "Driving a car." << std::endl;}
};class Truck : public Vehicle {
public:void drive() const override {std::cout << "Driving a truck." << std::endl;}
};
3. 定义工厂接口
然后，定义一个抽象工厂类 VehicleFactory，它包含一个纯虚函数 createVehicle，用于创建 Vehicle 对象的实例。
class VehicleFactory {
public:virtual Vehicle* createVehicle() const = 0; // 工厂方法，子类必须实现virtual ~VehicleFactory() = default; // 虚析构函数
};
4. 实现具体工厂类
再创建两个具体工厂类 CarFactory 和 TruckFactory，它们继承自 VehicleFactory，并实现 createVehicle 方法，分别返回 Car 和 Truck 实例。
class CarFactory : public VehicleFactory {
public:Vehicle* createVehicle() const override {return new Car();}
};class TruckFactory : public VehicleFactory {
public:Vehicle* createVehicle() const override {return new Truck();}
};
5. 使用工厂方法
在客户端代码中，通过工厂对象创建车辆实例，而无需直接实例化具体类。
int main() {// 创建汽车工厂并生产汽车VehicleFactory* carFactory = new CarFactory(); //注意这里含有纯虚函数的抽象类，是不可以初始化的，但是它的指针可以接受子类new出来的对象Vehicle* car = carFactory->createVehicle();car->drive(); // 输出: Driving a car.delete car; // 释放车辆对象delete carFactory; // 释放工厂对象// 创建卡车工厂并生产卡车VehicleFactory* truckFactory = new TruckFactory();Vehicle* truck = truckFactory->createVehicle();truck->drive(); // 输出: Driving a truck.delete truck; // 释放车辆对象delete truckFactory; // 释放工厂对象return 0;
}
运行以上代码，输出如下：
Driving a car.
Driving a truck.
详细解释
让我们逐步分析这个示例的每个组成部分：
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产品接口（Vehicle）
Vehicle是一个抽象基类，定义了所有具体产品（Car和Truck）必须实现的接口（drive方法）。- 使用纯虚函数（
= 0）确保子类必须提供实现。 - 虚析构函数确保通过基类指针删除对象时能正确释放资源。
-
具体产品（Car、Truck）
Car和Truck是具体的产品类，继承自Vehicle，并实现了drive方法。- 它们代表系统中实际的对象类型，提供了具体的功能实现。
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工厂接口（VehicleFactory）
VehicleFactory是一个抽象工厂类，定义了工厂方法createVehicle。- 该方法是纯虚的，意味着具体工厂类必须实现它来创建具体产品。
-
具体工厂（CarFactory、TruckFactory）
CarFactory和TruckFactory是具体工厂类，分别负责创建Car和Truck对象。- 通过重写
createVehicle，它们封装了对象的创建逻辑。
-
客户端代码
- 客户端通过
VehicleFactory接口调用createVehicle方法来创建对象。 - 客户端无需知道具体的产品类（
Car或Truck）或其实现细节，只需与工厂交互即可。 - 这种方式实现了创建与使用的解耦。
- 客户端通过
模式优势
- 解耦：客户端代码不直接依赖具体产品类（
Car或Truck），而是通过工厂接口操作。 - 扩展性：如果需要添加新的车辆类型（如
Motorcycle），只需新增Motorcycle类和对应的MotorcycleFactory类，无需修改现有代码。 - 灵活性：可以在运行时根据需要选择不同的工厂，动态创建不同类型的对象。
总结
工厂方法模式通过将对象的创建逻辑封装在子类中，实现了对象创建与使用的分离。它在 C++ 中通过抽象工厂类和具体工厂类的配合，提供了灵活、可扩展的创建机制。在上述示例中，我们通过创建车辆的工厂方法模式展示了其核心思想：定义接口，推迟实现，解耦使用。这种模式特别适合需要动态创建多种对象类型的场景，是设计模式中非常实用的一种方法。
