c++怎么实现工厂设计模式_c++ 抽象工厂与对象动态创建【案例】

直接new无法满足多态创建需求，因其将具体子类类型硬编码在调用点，违反开闭原则；工厂模式通过封装new逻辑、依赖抽象类型，实现运行时动态创建。

为什么直接 new 不能满足多态创建需求

当业务需要根据配置、用户输入或运行时条件决定创建哪种子类对象时，硬编码 new DerivedA() 或 new DerivedB() 会把具体类型写死在调用点，破坏开闭原则。后续每新增一个子类，都得改所有创建逻辑——这是工厂模式要解决的核心问题。

• 抽象基类（如 Shape）定义接口，不负责实例化
• 工厂类（如 ShapeFactory）封装 new，只暴露统一创建接口
• 调用方只依赖工厂和抽象类型，完全不知道具体子类名

简单工厂：用字符串/枚举控制 new 哪个子类

适合子类数量固定、创建逻辑不复杂的情况。它不是 GoF 23 种之一，但最常用、最易理解。

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
    virtual ~Shape() = default;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override { std::cout << "Drawing Circle\n"; }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override { std::cout << "Drawing Rectangle\n"; }
};

class ShapeFactory {
public:
    static std::unique_ptr create(const std::string& type) {
        if (type == "circle") return std::make_unique();
        if (type == "rectangle") return std::make_unique();
        throw std::runtime_error("Unknown shape type: " + type);
    }
};

• 返回 std::unique_ptr 而非裸指针，避免内存泄漏
• 工厂方法是 static，调用无需实例化工厂对象
• 错误类型名会直接抛出异常，调用方必须处理，不能静默失败

抽象工厂：创建一族相关对象，比如不同主题的 UI 控件

当系统需要创建多个有内在关联的对象（如 Button + Checkbox），且这些对象需保持风格一致（Windows 风 vs macOS 风），抽象工厂就派上用场。

class Button { public: virtual void render() = 0; };
class Checkbox { public: virtual void render() = 0; };

class WindowsButton : public Button { void render() override { std::cout << "Win button\n"; } };
class MacOSButton : public Button { void render() override { std::cout << "Mac button\n"; } };

class WindowsCheckbox : public Checkbox { void render() override { std::cout << "Win checkbox\n"; } };
class MacOSCheckbox : public Checkbox { void render() override { std::cout << "Mac checkbox\n"; } };

class GUIFactory {
public:
    virtual std::unique_ptr createButton() = 0;
    virtual std::unique_ptr createCheckbox() = 0;
    virtual ~GUIFactory() = default;
};

class WindowsFactory : public GUIFactory {
public:
    std::unique_ptr createButton() override { return std::make_unique(); }
    std::unique_ptr createCheckbox() override { return std::make_unique(); }
};

class MacOSFactory : public GUIFactory {
public:
    std::unique_ptr createButton() override { return std::make_unique(); }
    std::unique_ptr createCheckbox() override { return std::make_unique(); }
};

• 每个具体工厂（WindowsFactory）保证返回的对象属于同一“族”，避免混搭
• 客户端代码只依赖 GUIFactory 接口，通过传入不同工厂实例切换整套 UI 风格
• 新增主题只需加一对具体类 + 一个工厂子类，不修改已有代码

动态创建：从字符串名自动 new 对象（需注册机制）

C++ 没有 Java 的 Class.forName()，要实现“根据类名字符串创建对象”，必须手动注册构造函数指针。

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WeLM不是一个直接的对话机器人，而是一个补全用户输入信息的生成模型。

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using CreatorFunc = std::unique_ptr(*)();
std::map g_creatorMap;

template
void registerCreator(const std::string& name) {
    g_creatorMap[name] = []() -> std::unique_ptr {
        return std::make_unique();
    };
}

// 初始化时注册
void initFactories() {
    registerCreator("circle");
    registerCreator("rectangle");
}

std::unique_ptr createShape(const std::string& name) {
    auto it = g_creatorMap.find(name);
    if (it != g_creatorMap.end()) return it->second();
    throw std::runtime_error("No creator registered for: " + name);
}

• 注册必须在 main() 开始前完成（可用静态变量触发）
• 模板函数 registerCreator 避免重复写 lambda，提升可读性
• 若类名来自配置文件或网络，务必校验 name 是否存在于 g_creatorMap，否则崩溃

抽象工厂本身不解决“字符串到类型”的映射，那是简单工厂或注册表的职责；真正关键的是：谁持有创建逻辑、谁承担变化——这决定了你该选哪种工厂结构。