工厂模式的设计模式与代码的结构特性

软件领域中的设计模式为开发人员提供了一种使用专家设计经验的有效途径。设计模式中运用了面向对象编程语言的重要特性：封装、继承、多态。

本文对工厂模式进行详细讲解。

一、设计模式的分类
总体来说设计模式分为三大类：

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

此外还有两种：并发型模式和线程池模式。

二、设计模式的总原则和六大原则
总原则：

开闭原则（Open Close Principle）
开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，而是要扩展原有代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类等，后面的具体设计中我们会提到这点。

六大原则

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　　1、单一职责原则：不要存在多于一个导致类变更的原因，也就是说每个类应该实现单一的职责，如若不然，就应该把类拆分。

　　2、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。

　　3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）这个是开闭原则的基础，具体内容：面向接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

　　4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）这个原则的意思是：每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法，如果不然，就要将接口拆分。

　　5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）就是说：一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说无论被依赖的类多么复杂，都应该将逻辑封装在方法的内部。

　　6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）原则是尽量首先使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、工厂模式

工厂模式属于创建型模式，大致可以分为三类，简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式

应用场景：

这里只说明抽象工厂模式的应用场景：当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，便可以使用抽象工厂模式。说的更明白一点，就是一个继承体系中，如果存在着多个等级结构（即存在着多个抽象类），并且分属各个等级结构中的实现类之间存在着一定的关联或者约束，就可以使用抽象工厂模式。假如各个等级结构中的实现类之间不存在关联或约束，则使用多个独立的工厂来对产品进行创建，则更合适一点。

1、简单工厂模式，它的主要特点是需要在工厂类中做判断，从而创造相应的产品。当增加新的产品时，就需要修改工厂类。有点抽象，举个例子就明白了。有一家生产处理器核的厂家，它只有一个工厂，能够生产两种型号的处理器核。客户需要什么样的处理器核，一定要显示地告诉生产工厂。下面给出一种实现方案。

简单工厂模式的UML图：

代码：

enum CTYPE {COREA, COREB};     
class SingleCore    
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
//单核A    
class SingleCoreA: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout<<"SingleCore A"<<endl; }    
};    
//单核B    
class SingleCoreB: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout<<"SingleCore B"<<endl; }    
};    
//唯一的工厂，可以生产两种型号的处理器核，在内部判断    
class Factory    
{    
public:     
    SingleCore* CreateSingleCore(enum CTYPE ctype)    
    {    
        if(ctype == COREA) //工厂内部判断    
            return new SingleCoreA(); //生产核A    
        else if(ctype == COREB)    
            return new SingleCoreB(); //生产核B    
        else    
            return NULL;    
    }    
};

主要缺点：要增加新的核类型时，就需要修改工厂类。这就违反了开放封闭原则：软件实体（类、模块、函数）可以扩展，但是不可修改。

2、工厂方法模式，是指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。听起来很抽象，还是以刚才的例子解释。这家生产处理器核的产家赚了不少钱，于是决定再开设一个工厂专门用来生产B型号的单核，而原来的工厂专门用来生产A型号的单核。这时，客户要做的是找好工厂，比如要A型号的核，就找A工厂要；否则找B工厂要，不再需要告诉工厂具体要什么型号的处理器核了。

工厂方法的UML图：

class SingleCore    
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
//单核A    
class SingleCoreA: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout<<"SingleCore A"<<endl; }    
};    
//单核B    
class SingleCoreB: public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout<<"SingleCore B"<<endl; }    
};    
class Factory    
{    
public:    
    virtual SingleCore* CreateSingleCore() = 0;  
};    
//生产A核的工厂    
class FactoryA: public Factory    
{    
public:    
    SingleCoreA* CreateSingleCore() { return new SingleCoreA; }    
};    
//生产B核的工厂    
class FactoryB: public Factory    
{    
public:    
    SingleCoreB* CreateSingleCore() { return new SingleCoreB; }    
};

工厂方法模式缺点：每增加一种产品，就需要增加一个对象的工厂。如果这家公司发展迅速，推出了很多新的处理器核，那么就要开设相应的新工厂。在C++实现中，就是要定义一个个的工厂类。显然，相比简单工厂模式，工厂方法模式需要更多的类定义。

3、抽象工厂模式：举个例子，这家公司的技术不断进步，不仅可以生产单核处理器，也能生产多核处理器。现在简单工厂模式和工厂方法模式都鞭长莫及。抽象工厂模式登场了。它的定义为提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。具体这样应用，这家公司还是开设两个工厂，一个专门用来生产A型号的单核多核处理器，而另一个工厂专门用来生产B型号的单核多核处理器。

抽象工厂模式的UML图：

下面给出实现的代码。

//单核    
class SingleCore     
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
class SingleCoreA: public SingleCore      
{    
public:    
    void Show() { cout<<"Single Core A"<<endl; }    
};    
class SingleCoreB :public SingleCore    
{    
public:    
    void Show() { cout<<"Single Core B"<<endl; }    
};    
//多核    
class MultiCore      
{    
public:    
    virtual void Show() = 0;  
};    
class MultiCoreA : public MultiCore      
{    
public:    
    void Show() { cout<<"Multi Core A"<<endl; }    
    
};    
class MultiCoreB : public MultiCore      
{    
public:    
    void Show() { cout<<"Multi Core B"<<endl; }    
};    
//工厂    
class CoreFactory      
{    
public:    
    virtual SingleCore* CreateSingleCore() = 0;  
    virtual MultiCore* CreateMultiCore() = 0;  
};    
//工厂A，专门用来生产A型号的处理器    
class FactoryA :public CoreFactory    
{    
public:    
    SingleCore* CreateSingleCore() { return new SingleCoreA(); }    
    MultiCore* CreateMultiCore() { return new MultiCoreA(); }    
};    
//工厂B，专门用来生产B型号的处理器    
class FactoryB : public CoreFactory    
{    
public:    
    SingleCore* CreateSingleCore() { return new SingleCoreB(); }    
    MultiCore* CreateMultiCore() { return new MultiCoreB(); }    
};

抽象工厂模式中的多台机制：通过父类的虚函数实现动态联编。

抽象工厂模式的优点：

抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，最主要的优点就是可以在类的内部对产品族进行约束。所谓的产品族，一般或多或少的都存在一定的关联，抽象工厂模式就可以在类内部对产品族的关联关系进行定义和描述，而不必专门引入一个新的类来进行管理。

抽象工厂模式的缺点：

产品族的扩展将是一件十分费力的事情，假如产品族中需要增加一个新的产品，则几乎所有的工厂类都需要进行修改。所以使用抽象工厂模式时，对产品等级结构的划分是非常重要的。

至此，工厂模式介绍完了。

代码地址：https://github.com/Jonahmoon/SoftwareEngineering.git

工厂模式的设计模式与代码的结构特性

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