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简单工厂模式

news 2025/8/17 4:30:23

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）

简单工厂模式（又称静态工厂模式）是一种创建型设计模式，它通过一个工厂类来封装对象的创建逻辑，客户端无需直接实例化具体类，而是通过工厂类获取所需对象。

1.类图结构

简单工厂类图

2.关键角色

角色	说明
Client	客户端，一个或多个，调用`SimpleFactory`的`createProduct()`创建`Product`
SimpleFactory	工厂类，根据`Client`的输入创建具体的 `Product`
Product	抽象产品，定义产品行为，可以是抽象类或接口类，取决于实际场景
ConcreteProductA ConcreteProductB	具体产品，继承或实现 `Product`

3. 代码示例

3.1 定义抽象产品

// 抽象形状类
class IShape 
{
public:virtual ~IShape()            = default;virtual double area() const = 0;virtual void   draw() const = 0;
};

3.2 定义具体产品

// 具体形状类 - 圆形
constexpr double M_PI = 3.14;
class Circle : public IShape 
{
public:explicit Circle(std::initializer_list<double> args) {if (args.size() == 1) {auto iter = args.begin();radius    = *iter;}if (radius <= 0) {throw std::invalid_argument("Circle radius must be positive");}}double area() const override {return M_PI * radius * radius;}void draw() const override {std::cout << "Drawing a circle with radius " << radius<< " and area " << area() << std::endl;}private:double radius;
};// 具体形状类 - 矩形
class Rectangle : public IShape
{
public:Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}Rectangle(std::initializer_list<double> args){if (args.size() == 2){auto iter = args.begin();width     = *iter++;height    = *iter;}if (width <= 0 || height <= 0)throw std::invalid_argument("Rectangle dimensions must be positive");}double area() const override {return width * height;}void draw() const override {std::cout << "Drawing a rectangle " << width << "x" << height<< " with area " << area() << std::endl;}private:double width, height;
};// 具体形状类 - 三角形
class Triangle : public IShape 
{
public:Triangle(std::initializer_list<double> args){if (args.size() == 3) {auto iter = args.begin();a         = *iter++;b         = *iter++;c         = *iter;}// 验证是否为有效三角形if (a + b <= c || a + c <= b || b + c <= a) {throw std::invalid_argument("Invalid triangle sides");}}double area() const override {// 使用海伦公式计算面积double s = (a + b + c) / 2;return sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c));}void draw() const override {std::cout << "Drawing a triangle with sides " << a << ", " << b << ", " << c<< " and area " << area() << std::endl;}private:double a, b, c;
};

3.3 定义简单工厂

// 形状工厂类
class ShapeFactory 
{
public:static std::unique_ptr<IShape> createShape(const std::string& type, std::initializer_list<double> args){if (type == "circle")return std::make_unique<Circle>(args);else if (type == "rectangle")return std::make_unique<Rectangle>(args);else if (type == "triangle")return std::make_unique<Triangle>(args);throw std::invalid_argument("Unknown shape type: " + type);}
};

3.4 客户端调用

#include <cmath>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <stdexcept>
#include <string>int main() 
{try {// 创建圆形auto circle = ShapeFactory::createShape("circle", {5.0});circle->draw();// 创建矩形auto rectangle = ShapeFactory::createShape("rectangle", { 4.0, 6.0 });rectangle->draw();// 创建三角形auto triangle = ShapeFactory::createShape("triangle", { 3.0, 4.0, 5.0 });triangle->draw();// 尝试创建无效形状会抛出异常auto invalidCircle = ShapeFactory::createShape("circle", {-1.0});auto invalidTriangle = ShapeFactory::createShape("triangle", {1.0, 2.0, 5.0});} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;}return 1;
}

4. 特点

✅ 优点

解耦：客户端不直接依赖具体产品类，只依赖 Product 接口和 SimpleFactory。
职责分离：对象的创建逻辑集中在工厂类中，当有多个客户端时，仅需要修改工厂类代码。
简单易用：适用于产品种类较少、变化不频繁的场景。

❌ 缺点

违反开闭原则（OCP）：新增产品类型时，必须修改 SimpleFactory 的逻辑（增加 if-else 分支）。
工厂类职责过重：如果产品种类很多，工厂方法会变得臃肿。

4. 对比其他工厂模式

模式	特点	适用场景
简单工厂	一个工厂类，通过 `if-else` 创建不同产品	产品种类少，变化少
工厂方法	每个产品对应一个工厂，符合开闭原则	产品种类多，可能扩展
抽象工厂	生产多个产品族（如不同风格的UI组件）	需要创建一组相关对象