c++如何实现工厂方法设计模式_c++ 类继承体系与多态对象创建【教程】

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工厂方法模式用于解耦对象创建与使用,核心是用虚函数将 new 逻辑上提至抽象工厂,避免 if-else 硬编码子类、编译依赖爆炸及无法统一管理生命周期。

c++ 如何实现工厂方法设计模式_c++ 类继承体系与多态对象创建【教程】

工厂方法模式在 C++ 中不是靠“教程步骤”堆出来的,而是为了解决「类继承体系下,调用方不依赖具体子类就能创建多态对象」这个实际问题。核心判断标准只有一条:如果你 new 的地方要写 if-else 判断类型再决定 new 哪个子类,那就该用工厂方法了

为什么 不能直接 new 子类?

编码 new ConcreteProductA()new ConcreteProductB() 会把业务逻辑和具体实现强耦合。一旦新增子类,所有调用处都要改;单元测试时也无法注入模拟对象;更无法统一控制对象生命周期(比如加对象池、日志、权限检查)。

常见错误现象:

  • 函数里一堆 if (type == "A") {return new ProductA(); } else if (type == "B") {……}
  • 头文件里必须 #include 所有具体子类,导致编译依赖爆炸
  • 想替换某个产品实现,却要改十几处 new 调用点

工厂方法的最小可行结构

它本质是把「创建逻辑」上提到一个虚函数里,由子类决定实例化谁。关键不是写多少类,而是让基类接口能表达「我要一个产品」,而不用说「我要一个 A 类型的产品」。

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实操要点:

  • 定义抽象产品基类 Product(通常含纯虚函数,确保多态行为)
  • 定义抽象工厂基类 Creator,声明虚函数 virtual std::unique_ptr create() = 0;
  • 每个具体工厂(如 ConcreteCreatorA)重写 create(),返回对应具体产品(如 std::make_unique()
  • 业务代码只持有 std::unique_ptr,调用 create() 得到 std::unique_ptr,完全不知道具体类型
class Product {public:     virtual ~Product() = default;     virtual void operation() const = 0;}; 

class ConcreteProductA : public Product {public: void operation() const override {/ …… / } };

class Creator {public: virtual ~Creator() = default; virtual std::unique_ptr create() = 0;};

class ConcreteCreatorA : public Creator {public: std::unique_ptr create() override { return std::make_unique();} };

std::unique_ptr 还是 raw pointer?

std::unique_ptr 是现代 C++ 工厂方法的事实标准。它明确所有权转移,避免内存泄漏,且与多态完美兼容。别用裸指针或 std::shared_ptr 当默认选择 —— 前者要手动 delete,后者引入不必要的引用计数开销,除非你真需要共享所有权。

性能与兼容性影响:

  • std::unique_ptr 隐式转换 std::unique_ptr&&,适合 move 语义传递
  • 若工厂需支持无状态(如单例工厂),可将 create() 设为 static,但此时就退化为简单工厂,失去多态创建能力
  • 不要在工厂内部用 new Product —— 抽象类不能实例化,编译直接报错:error: invalid new-expression of abstract class type 'Product'

工厂方法 vs 简单工厂 vs 抽象工厂

别被名字绕晕。工厂方法解决的是「一个产品族中,不同工厂创建不同产品」的问题。它和简单工厂(一个静态函数分发创建)的 区别 在于:前者支持运行时切换工厂(比如根据配置加载不同模块),后者只是语法糖;和抽象工厂(创建多个相关产品)的区别在于:前者只管一个产品等级结构,后者管多个(比如 GUI 库中同时创建 Button + Checkbox)。

容易被忽略的点:

  • 工厂类本身也应遵循依赖倒置:业务代码依赖抽象工厂 Creator,而不是任何具体工厂
  • 如果产品构造需要参数,create() 函数可以加参数,但所有子类工厂必须保持签名一致 —— 否则多态失效
  • RTTI(dynamic_cast)不是替代方案。靠类型转换来“事后补救”创建逻辑,说明工厂设计已经失败

星耀云
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