C++工厂模式详解（附带实例）

工厂方法模式是一种非常实用的设计模式，尽管它的名字听起来可能有些抽象。其核心思想是定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。这使得类的实例化延迟到其子类。

工厂方法模式在开发中的应用非常广泛，因为它帮助解耦了对象的创建和使用，使得系统更易于扩展和维护。

在深入讨论工厂方法模式之前，有必要先提到简单工厂。简单工厂虽然不是正式的设计模式，但它是一种常用的对象创建实践。简单工厂通过一个独立的类来封装对象的创建过程，这样当在需要新对象时，代码不再直接实例化类，而是通过工厂类获取。尽管简单工厂简单有效，但它在应对类的增加时往往显得不足，因为每次添加新类都需要修改工厂类，这违反了开闭原则。

与简单工厂相比，工厂方法模式提供了一种更加灵活的方式来扩展产品类，因为它允许类在不修改现有代码的情况下引入新的类型。这可以通过定义一个用于创建对象的接口，并让子类实现该接口以确定实例化哪个特定类来实现，从而完成扩展。

工厂方法的思想

在工厂方法模式中，创建对象的任务被转移到实现了工厂接口的具体子类中，从而使得添加新产品类时，系统无须修改已有代码。这种模式特别有助于创建复杂对象，其创建过程需要大量配置选项或依赖不同条件。

工厂方法模式体现了“依赖倒置原则”，即：

• 高层模块不应依赖低层模块，两者都应依赖抽象；
• 抽象不应依赖细节，细节应依赖抽象。

在这种情境下，高层模块是调用工厂的代码，低层模块是具体的产品实现类，而抽象则是工厂和产品的接口。工厂方法模式如下图所示：


在工厂方法模式中，核心角色包括：

• 抽象产品（Product）：定义了产品对象的接口；
• 具体产品（Concrete Product）：实现抽象产品接口的具体类；
• 抽象工厂（Creator）：声明了工厂方法，该方法返回一个抽象产品；
• 具体工厂（Concrete Creator）：重写工厂方法以返回一个具体产品实例。

工厂方法模式的应用场景

工厂方法模式主要应用在以下场景：

• 产品族：当存在多个产品系列，且这些产品都设计为一起使用时，工厂方法可以确保客户端始终只使用同一个产品系列的对象；
• 依赖注入：在需要灵活地向应用程序注入不同行为或资源时，工厂方法可以用于创建这些对象的实例，增加程序的灵活性和可配置性；
• 可扩展性需求：当系统预计会频繁地添加新产品，或者需要根据不同的环境条件创建不同的对象时，使用工厂方法模式可以避免构造函数的泛滥，使得系统更容易管理。

工厂方法实例展示

考虑一个简单的日志记录系统，我们可能需要根据不同的运行环境（开发环境、生产环境）来决定是否将日志信息输出到控制台或者文件。

class Logger {
public:
    virtual void log(const std::string& message) = 0;
};
class ConsoleLogger : public Logger {
public:
    void log(const std::string& message) override {
        std::cout << "Console log: " << message << std::endl;
    }
};
class FileLogger : public Logger {
public:
    void log(const std::string& message) override {
        // 将消息写入文件的代码
    }
};
class LoggerFactory {
public:
    virtual Logger* createLogger() = 0;
};
class ConsoleLoggerFactory : public LoggerFactory {
public:
    Logger* createLogger() override {
        return new ConsoleLogger();
    }
};
class FileLoggerFactory : public LoggerFactory {
public:
    Logger* createLogger() override {
       return new FileLogger();
    }
};

通过使用工厂方法模式，我们的代码不直接依赖于具体的日志类，而是依赖于一个抽象的 Logger 接口。这样，我们可以轻松地添加新的日志方法，或者更改日志记录的方式，而不需要修改依赖于日志的代码。