C++工厂模式详解（从零开始掌握C++设计模式中的工厂方法）

什么是工厂模式？

工厂模式的核心思想是：不直接使用 new 关键字创建对象，而是通过一个“工厂”类来负责创建具体对象。这样做的好处是：

• 降低代码耦合度
• 便于扩展新类型（符合开闭原则）
• 隐藏对象创建细节

工厂模式的基本结构

一个典型的工厂模式包含以下部分：

1. 抽象产品类（Product）：定义产品的接口
2. 具体产品类（ConcreteProduct）：实现产品接口的具体类
3. 工厂类（Factory）：提供创建产品的方法

实战：用C++实现工厂模式

假设我们要开发一个图形绘制程序，支持绘制圆形（Circle）和矩形（Rectangle）。我们使用 工厂方法模式 来实现。

第1步：定义抽象产品类

// Shape.h#ifndef SHAPE_H#define SHAPE_H#include <iostream>class Shape {public:    virtual ~Shape() = default;    virtual void draw() const = 0; // 纯虚函数，定义绘图接口};#endif // SHAPE_H

第2步：实现具体产品类

// Circle.h#ifndef CIRCLE_H#define CIRCLE_H#include "Shape.h"class Circle : public Shape {public:    void draw() const override {        std::cout << "Drawing a Circle" << std::endl;    }};#endif // CIRCLE_H// Rectangle.h#ifndef RECTANGLE_H#define RECTANGLE_H#include "Shape.h"class Rectangle : public Shape {public:    void draw() const override {        std::cout << "Drawing a Rectangle" << std::endl;    }};#endif // RECTANGLE_H

第3步：创建工厂类

// ShapeFactory.h#ifndef SHAPE_FACTORY_H#define SHAPE_FACTORY_H#include "Shape.h"#include "Circle.h"#include "Rectangle.h"#include <memory>#include <string>class ShapeFactory {public:    static std::unique_ptr<Shape> createShape(const std::string& type) {        if (type == "Circle") {            return std::make_unique<Circle>();        } else if (type == "Rectangle") {            return std::make_unique<Rectangle>();        } else {            std::cerr << "Unknown shape type: " << type << std::endl;            return nullptr;        }    }};#endif // SHAPE_FACTORY_H

第4步：测试工厂模式

// main.cpp#include "ShapeFactory.h"int main() {    auto circle = ShapeFactory::createShape("Circle");    auto rectangle = ShapeFactory::createShape("Rectangle");        if (circle) circle->draw();      // 输出: Drawing a Circle    if (rectangle) rectangle->draw(); // 输出: Drawing a Rectangle        return 0;}

为什么使用智能指针？

在上面的例子中，我们使用了 std::unique_ptr 来管理对象生命周期。这是现代 C++ 的最佳实践，可以自动释放内存，避免内存泄漏。

工厂模式的优势与适用场景

✅ 优势：

• 客户端无需知道具体类名，只需传入标识符
• 新增产品类型时，只需添加新类并修改工厂，符合开闭原则
• 集中管理对象创建逻辑，便于维护

🎯 适用场景：

• 需要根据配置或用户输入动态创建不同对象
• 系统需要独立于如何创建、组合和表示对象
• 类库或框架中封装内部实现细节

总结

通过本教程，你已经掌握了 C++工厂模式 的基本原理和实现方法。作为 C++面向对象编程 中的重要 设计模式，工厂模式能显著提升代码的可维护性和扩展性。记住，工厂方法模式 的核心是“将对象的创建委托给专门的工厂类”，从而实现高内聚、低耦合的软件架构。

动手试试吧！你可以尝试添加三角形（Triangle）类型，看看如何在不修改客户端代码的情况下扩展功能。