C++设计模式 之 “对象创建”模式:Factory Method、Abstract Factory、Prototype、Builder
part 0 “对象创建”模式
通过“对象创建” 模式绕开new,来避免对象创建(new)过程中所导致的紧耦合(依赖具体类),从而支持对象创建的稳定。它是接口抽象之后的第一步工作。
典型模式
Factory Method
Abstract Factory
Prototype
Builder
Part 1 Factory Method 工厂方法
动机(Motivation)
在软件系统中,经常面临着创建对象的工作;由于需求的变化,需要创建的对象的具体类型经常变化。
如何应对这种变化?如何绕过常规的对象创建方法(new),提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“具体对象创建工作”的紧耦合?
模式定义
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使得一个类的实例化延迟(目的:解耦,手段:虚函数)到子类。——《设计模式》GoF
UML
代码一 from 上图UML
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
1 struct Product { 2 virtual void foo() = 0; 3 }; 4 5 struct ConcreteProduct1 : public Product { 6 virtual void foo() override {}; 7 }; 8 9 struct ConcreteProduct2 : public Product { 10 virtual void foo() override {}; 11 }; 12 13 struct Creator { 14 virtual Product* createProduct() = 0; 15 }; 16 17 struct ConcreteCreator1 : public Creator { 18 virtual Product* createProduct() { 19 return new ConcreteProduct1(); 20 } 21 }; 22 23 struct ConcreteCreator2 : public Creator { 24 virtual Product* createProduct() { 25 return new ConcreteProduct2(); 26 } 27 }; 28 29 int main() { 30 Creator *factory1 = new ConcreteCreator1(); 31 Product *product1 = factory1->createProduct(); 32 33 Creator *factory2 = new ConcreteCreator2(); 34 Product *product2 = factory2->createProduct(); 35 }
其实都是在使用一个C++的语法:子类的指针可以赋值给父类的指针。
代码二 from 《大话设计模式》
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
1 typedef int T; 2 3 struct Operation { 4 virtual T getResult(T lhs, T rhs) = 0; 5 }; 6 7 struct Addition : public Operation{ 8 virtual T getResult(T lhs, T rhs) override { 9 return lhs + rhs; 10 } 11 }; 12 13 struct Factory { 14 virtual Operation* createOperation() = 0; 15 }; 16 17 struct AdditionFactory : public Factory{ 18 virtual Operation* createOperation() override { 19 return new Addition(); 20 } 21 }; 22 23 int main() { 24 Factory *factory = new AdditionFactory(); 25 Operation *op = factory->createOperation(); 26 27 cout << op->getResult(1, 2); 28 29 return 0; 30 }
如果第25行代码写成: Addition *op = factory->createOperation(); 编译器会报错:无法从 Operation* 转换为 Addition*。
第25行的写法:Operation *op = factory->createOperation(); 类型实质是 Operation* 被类型 Operation* 赋值了。调用时 Operation* -> getResult() 可以是 Addition 类的 getResult()方法。
要点总结
Factory Method模式用于隔离类对象的使用者和具体类型之间的耦合关系。面对一个经常变化的具体类型,紧耦合关系(new)会导致软件的脆弱。
Factory Method模式通过面向对象的手法,将所要创建的具体对象工作延迟到子类,从而实现一种扩展(而非更改)的策略,较好地解决了这种紧耦合关系。
Factory Method模式解决“单个对象”的需求变化。缺点在于要求创建方法/参数相同。
part 2 Abstract Factory 抽象工厂
动机(Motivation)
#在软件系统中,经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作;同时,由于需求的变化,往往存在更多系列对象的创建工作。
#如何应对这种变化?如何绕过常规的对象创建方法(new),提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合?
模式定义
提供一个接口,让该接口负责创建一系列“相关或者相互依赖的对象”,无需指定它们具体的类。——《设计模式》GoF
UML
代码一 from 《大话设计模式》
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
struct IUser { virtual void insert() = 0; }; struct MysqlUser : public IUser { virtual void insert() { cout << "mysql数据库向user表插入数据的特有方法"<<endl; } }; struct OracleUser : public IUser { virtual void insert() { cout << "oracle数据库向user表插入数据的特有方法*"<<endl; } }; struct IOrder { virtual void insert() = 0; }; struct MysqlOrder : public IOrder { virtual void insert() { cout << "mysql数据库向order表插入数据的特有方法" << endl; } }; struct OracleOrder : public IOrder { virtual void insert() { cout << "oracle数据库向Order表插入数据的特有方法*" << endl; } }; struct IFactory { virtual IUser* createUser() = 0; virtual IOrder* createOrder() = 0; }; struct MysqlFactory : public IFactory { virtual IUser* createUser() { return new MysqlUser(); } virtual IOrder* createOrder() { return new MysqlOrder(); } }; struct OracleFactory : public IFactory { virtual IUser* createUser() { return new OracleUser(); } virtual IOrder* createOrder() { return new OracleOrder(); } }; void main() { IFactory *factory = new MysqlFactory(); IUser *table = factory->createUser(); table->insert(); IFactory *factory2 = new OracleFactory(); IOrder *table2 = factory2->createOrder(); table2->insert(); }
要点总结
#如果没有应对“多系列对象构建”的需求变化,则没有必要使用Abstract Factory模式,这时候使用简单的工厂完全可以。
#“系列对象”指的是在某一特定系列下的对象之间有相互依赖、或作用的关系。不同系列的对象之间不能相互依赖。
#Abstract Factory模式主要在于应对“新系列”的需求变动。其缺点在于难以应对“新对象”的需求变动。
part 3 Prototype 原型模式
动机(Motivation)
#在软件系统中,经常面临着“某些结构复杂的对象”的创建工作;由于需求的变化,这些对象经常面临着剧烈的变化,但是它们却拥有比较稳定一致的接口。
#如何应对这种变化?如何向“客户程序(使用这些对象的程序)”隔离出“这些易变对象” ,从而使得“依赖这些易变对象的客户程序”不随着需求改变而改变?
模式定义
使用原型实例指定创建对象的种类,然后通过拷贝这些原型来创建新的对象。——《设计模式》GoF
UML
要点总结
#Prototype模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型(易变类)之间的耦合关系,它同样要求这些“易变类”拥有“稳定的接口”。
#Prototype模式对于“如何创建易变类的实体对象”采用“原型克隆”的方法来做,它使得我们可以非常灵活地动态创建“拥有某些稳定接口”的新对象——所需工作仅仅是注册一个新类的对象(即原型),然后在任何需要的地方Clone。
#Prototype模式中的Clone方法可以利用某些框架中的序列化来实现深拷贝。
#适用于大对象重复创建(初始化)的场景,或者初始化过程复杂、步骤比较多的场景。使用原型模式后,可以多次拷贝“原型”作为对象的构造过程。这样可以节省系统开销,还可以减少程序的重复代码。
part 4 Builder 构建器
动机(Motivation)
#在软件系统中,有时候面临着“一个复杂对象”的创建工作,其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成;由于需求的变化,这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化,但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。
#如何应对这种变化?如何提供一种“封装机制”来隔离出“复杂对象的各个部分”的变化,从而保持系统中的“稳定构建算法”不随着需求改变而改变?
模式定义
将一个复杂对象的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程(稳定)可以创建不同的表示(变化)。——《设计模式》GoF
UML
要点总结
#Builder 模式主要用于“分步骤构建一个复杂的对象”。在这其中“分步骤”是一个稳定的算法,而复杂对象的各个部分则经常变化。
#变化点在哪里,封装哪里—— Builder模式主要在于应对“复杂对象各个部分”的频繁需求变动。其缺点在于难以应对“分步骤构建算法”的需求变动。
#在Builder模式中,要注意不同语言中构造器内调用虚函数的差别(C++ vs. C#) 。