01 工厂模式

背景

在写代码时，我们常常会碰到这样的情景：

需要根据用户输入的不同类型，创建不同的对象。比如根据配置文件中的数据库类型，创建 MySQL、PostgreSQL 或 MongoDB 的连接对象。
对象的创建逻辑复杂，如果散落在代码各处，会导致维护困难。
希望对对象的创建进行统一管理，方便添加新的产品类型。

因此，工厂模式（Factory Pattern）就应运而生了。

分析

工厂模式的核心思想是：将对象的创建与使用分离。

下面是它的 UML 图：

classDiagram
    class Product {
        <>
        +operation()
    }
    class ConcreteProductA {
        +operation()
    }
    class ConcreteProductB {
        +operation()
    }
    class Creator {
        +factoryMethod() Product
    }
    class ConcreteCreatorA {
        +factoryMethod() Product
    }
    class ConcreteCreatorB {
        +factoryMethod() Product
    }
    
    Product <|.. ConcreteProductA
    Product <|.. ConcreteProductB
    Creator <|.. ConcreteCreatorA
    Creator <|.. ConcreteCreatorB
    Creator ..> Product

例子

在 C++ 中，工厂模式非常常用。下面是一个简单的例子：

1. 定义产品接口

class Database {
public:
    virtual ~Database() = default;
    virtual void connect() = 0;
    virtual void query(const std::string& sql) = 0;
};

2. 实现具体产品

class MySQL : public Database {
public:
    void connect() override {
        std::cout << "Connecting to MySQL..." << std::endl;
    }
    void query(const std::string& sql) override {
        std::cout << "MySQL executing: " << sql << std::endl;
    }
};

class PostgreSQL : public Database {
public:
    void connect() override {
        std::cout << "Connecting to PostgreSQL..." << std::endl;
    }
    void query(const std::string& sql) override {
        std::cout << "PostgreSQL executing: " << sql << std::endl;
    }
};

3. 定义工厂

class DatabaseFactory {
public:
    enum class Type {
        MySQL,
        PostgreSQL
    };
    
    static std::unique_ptr<Database> create(Type type) {
        switch (type) {
            case Type::MySQL:
                return std::make_unique<MySQL>();
            case Type::PostgreSQL:
                return std::make_unique<PostgreSQL>();
            default:
                return nullptr;
        }
    }
};

4. 使用

int main() {
    auto db = DatabaseFactory::create(DatabaseFactory::Type::MySQL);
    db->connect();
    db->query("SELECT * FROM users");
    
    return 0;
}

优点

解耦：客户端代码不需要关心对象的具体创建过程
易于扩展：添加新产品只需修改工厂类，不影响客户端
统一管理：所有对象的创建都在一个地方，便于维护

变体

简单工厂：工厂类根据参数直接创建对象（上面的例子其实就是简单工厂）
工厂方法：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类
抽象工厂：提供一个创建一系列相关对象的接口，无需指定具体类

总结

工厂模式是创建型模式中最常用的模式之一，在 C++ 中尤其适用于：

需要根据配置创建不同对象
对象创建逻辑复杂
需要统一管理对象创建

掌握工厂模式，能让你的代码更加灵活和可维护。