设计模式之工厂模式

对象工厂

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类

解决什么问题

面向对象的技术总是企图打破对具象型别的依存性，然而在C++中，对象的生成却将调用者绑死于最底层具象派生类

可能不直接调用new，而是调用某一具有更高级别的对象中的虚函数Create，从而让客户可以通过多态性来改变行为
了解型别信息，但这种信息无法以C++表达，如可能拥有一个字符串包含"Derived"，因此需要产生一个Derived的对象

使用场景

程序库不仅需要操作用户自定义对象，还需要产生他们
第一种情况产生的对象需要以某种标识符保存其实际型别，通过其标识符再取出具体对象
当一个类不知道她所必需创建的对象的类的时候
当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候
当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类种的一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候
主要用于面向对象程序框架和程序库，以及各种串流处理和对象持久的设计中

参与者

Product：定义工厂方法所创建的对象的接口
ConcreteProduct：实现Product的接口
Creator：声明工厂方法，该方法返回一个Product对象，Creator也可以定义一个工厂方法的缺省实现，返回一个缺省的ConcreteProduct对象
ConcreteCreator：重定义工厂方法以返回一个ConcreteProduct实例

优缺点

优点

工厂方法不再将与特定应有有关的类绑定到你的代码中
与多态相比，将型别绑定于实值的动作被推迟的更远，是一种懒初始化的方式

缺点

客户可能仅仅为了创建一个特定的ConcreteFactory对象就不得不创建Creator的子类

实现

主要有两种不同的情况：
- Creator是一个抽象类并且不提供它所声明的工厂方法的实现
- Creator是一个具体类而且为工厂方法提供了一个缺省的实现
参数化工厂方法
使用模板以避免创建子类
一个可伸缩的工厂的具体设计：
- 注册：型别标识符ID和用于产生对象的函数指针/仿函数
  - 型别标识符：用来标识具体对象的型别，由于C++静态型别系统之故，必须先有一个型别标识符，才能生成一个产品；型别标识符的管理由用户负责
  - 对象生产者：函数或仿函数专门用来生成某一类对象。通过函数指针来模塑产品生产者
- 取消注册
- 参数化工厂方法：通过型别标识符返回具体对象

代码示例

// 产品基类
class Product {
public:virtual ~Product() {}virtual std::string Operation() const = 0;
};// 具体产品类1
class ConcreteProduct1 : public Product {
public:std::string Operation() const override {return "{Result of the ConcreteProduct1}";}
};
// 具体产品类2
class ConcreteProduct2 : public Product {
public:std::string Operation() const override {return "{Result of the ConcreteProduct2}";}
};// 工厂类
class Creator {
public:virtual ~Creator(){};virtual Product* FactoryMethod() const = 0;std::string SomeOperation() const {Product* product = this->FactoryMethod();std::string result = "Creator: The same creator's code has just worked with " + product->Operation();delete product;return result;}
};// 具体工厂类1
class ConcreteCreator1 : public Creator {
public:Product* FactoryMethod() const override {return new ConcreteProduct1();}
};
// 具体工厂类2
class ConcreteCreator2 : public Creator {
public:Product* FactoryMethod() const override {return new ConcreteProduct2();}
};

抽象工厂

定义：提供一系列相关或相互依赖对象的接口（多态对象），而无需指定他们具体的类。把对象的创建封装在一个类中，这个类的唯一任务就是按需生产各种对象
适用性，它提供了一种方式，可以封装一组具有共同主题的单个工厂，而无需指定它们的具体类。
一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时

参与者

AbstractFactory：声明一个创建抽象产品对象的操作接口
ConcreteFactory：实现创建具体产品对象的操作
AbstractProduct：为一类产品对象声明一个接口
ConcreteProduct：定义一个将被相应的具体工厂创建的产品对象；实现AbstractProduct接口
client：仅使用由AbstractFactory和AbstractProduct类声明的接口

实现

将工厂作为单例
创建产品：AbstractFactory仅声明一个创建产品的接口，真正创建产品是由ConcreteProduct子类实现，最通常的办法是为每一个产品定义一个工厂方法。Abstract Factory要求所有对象族系的生成函数都要集中于唯一接口。所以针对待生成物的每一个族系，都必须为这一接口提供一份实作版本——？

使用场景

一个系统要独立于它的产品的创建，组合和表示时
一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时
当你要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时——？
当你提供一个产品类库，而只想显示它们的接口而不是实现时

协作

通常在运行时刻创建一个ConcreteFactory类的实例，这一具体的工厂创建具有特定实现的产品对象。为创建不同的产品对象，客户应使用不同的具体工厂

优缺点

优点

分离了具体的类。Abstract Factory模式帮助你控制一个应用创建的对象的类。因为一个工厂封装创建产品对象的责任和过程，它将客户与类的实现分离。
使得易于交换产品系列
有利于产品的一致性

缺点

对型别需求很强烈
难以支持新种类的产品

代码示例

// 抽象产品A和B
class AbstractProductA {
public:virtual ~AbstractProductA() {};virtual std::string UsefulFunctionA() const = 0;
};
class AbstractProductB {
public:virtual ~AbstractProductB() {};virtual std::string UsefulFunctionB() const = 0;
};// 具体产品A1和A2
class ConcreteProductA1 : public AbstractProductA {
public:std::string UsefulFunctionA() const override {return "The result of the product A1.";}
};
class ConcreteProductA2 : public AbstractProductA {
public:std::string UsefulFunctionA() const override {return "The result of the product A2.";}
};// 具体产品B1和B2
class ConcreteProductB1 : public AbstractProductB {
public:std::string UsefulFunctionB() const override {return "The result of the product B1.";}
};
class ConcreteProductB2 : public AbstractProductB {
public:std::string UsefulFunctionB() const override {return "The result of the product B2.";}
};// 抽象工厂
class AbstractFactory {
public:virtual AbstractProductA* CreateProductA() const = 0;virtual AbstractProductB* CreateProductB() const = 0;
};// 具体工厂1
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
public:AbstractProductA* CreateProductA() const override {return new ConcreteProductA1();}AbstractProductB* CreateProductB() const override {return new ConcreteProductB1();}
};// 具体工厂2
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
public:AbstractProductA* CreateProductA() const override {return new ConcreteProductA2();}AbstractProductB* CreateProductB() const override {return new ConcreteProductB2();}
};

这个例子中，AbstractProductA和AbstractProductB是抽象产品，ConcreteProductA1、ConcreteProductA2、ConcreteProductB1和ConcreteProductB2是具体产品。AbstractFactory是抽象工厂，定义了创建产品的方法，ConcreteFactory1和ConcreteFactory2是具体工厂，实现了创建产品的方法。

使用抽象工厂模式，可以将一组具有共同主题的单个工厂封装起来，使得可以在运行时更换产品系列，而客户端代码不需要进行修改。同时，抽象工厂模式也可以约束客户端使用的产品，确保这些产品是相互配合的。