3.工厂模式

工厂模式是创建型设计模式的核心代表，核心思想是将 “对象的创建逻辑” 与 “对象的使用逻辑” 分离，让调用者无需关心对象的具体创建细节，仅通过统一接口获取实例。它是大型项目（如 muduo 网络库）中解耦代码、提升扩展性的关键手段。

一、工厂模式的核心解决的问题

在未使用工厂模式时，调用者需要直接new具体类，会导致：

1. 强耦合：调用者依赖具体类（如EPollPoller），修改具体类需改动所有调用处；
2. 创建逻辑分散：对象的创建条件（如 “系统是否支持 epoll”）散落在代码各处；
3. 扩展性差：新增子类时，需修改所有new的地方。

工厂模式通过 “工厂” 统一管理创建逻辑，彻底解决以上问题。

二、工厂模式的三大分类

根据复杂度和场景，工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂三类，适用场景逐步递进。

1. 简单工厂模式（Simple Factory）

这是最基础的工厂模式，通过一个工厂类 / 静态方法，根据条件创建不同子类实例。

核心结构

• 抽象产品：定义产品的统一接口（如Poller）；
• 具体产品：实现抽象产品的子类（如EPollPoller、PollPoller）；
• 工厂：提供静态方法，根据条件创建具体产品实例。

代码示例（以Poller为例）

// 抽象产品：Poller
class Poller {
public:
    virtual void poll() = 0; // 统一接口
};

// 具体产品1：EPollPoller
class EPollPoller : public Poller {
public:
    void poll() override { /* epoll实现 */ }
};

// 具体产品2：PollPoller
class PollPoller : public Poller {
public:
    void poll() override { /* poll实现 */ }
};

// 简单工厂：静态方法创建实例
class PollerFactory {
public:
    static Poller* createPoller() {
        // 根据条件选择具体产品
        if (::getenv("MUDUO_USE_POLL")) {
            return new PollPoller();
        } else {
            return new EPollPoller();
        }
    }
};

调用方式

// 调用者仅依赖抽象Poller，不关心具体类
Poller* poller = PollerFactory::createPoller();
poller->poll();

特点

• 优点：实现简单，集中管理创建逻辑；
• 缺点：新增具体产品时需修改工厂（违反 “开闭原则”），适合产品类型较少的场景。

2. 工厂方法模式（Factory Method）

为解决简单工厂 “违反开闭原则” 的问题，工厂方法模式将工厂也抽象化：每个具体产品对应一个具体工厂，新增产品只需新增工厂，无需修改原有代码。

核心结构

• 抽象产品：同简单工厂（如Poller）；
• 具体产品：同简单工厂（如EPollPoller）；
• 抽象工厂：定义创建产品的接口（如PollerFactory）；
• 具体工厂：实现抽象工厂，创建对应具体产品（如EPollPollerFactory）。

代码示例

// 抽象产品：Poller
class Poller {
public:
    virtual void poll() = 0;
};

// 具体产品1：EPollPoller
class EPollPoller : public Poller {
public:
    void poll() override { /* epoll实现 */ }
};

// 具体产品2：PollPoller
class PollPoller : public Poller {
public:
    void poll() override { /* poll实现 */ }
};

// 抽象工厂：定义创建Poller的接口
class PollerFactory {
public:
    virtual Poller* createPoller() = 0;
};

// 具体工厂1：创建EPollPoller
class EPollPollerFactory : public PollerFactory {
public:
    Poller* createPoller() override {
        return new EPollPoller();
    }
};

// 具体工厂2：创建PollPoller
class PollPollerFactory : public PollerFactory {
public:
    Poller* createPoller() override {
        return new PollPoller();
    }
};

调用方式

// 选择具体工厂（可通过配置/条件判断）
PollerFactory* factory = new EPollPollerFactory();
// 创建产品
Poller* poller = factory->createPoller();
poller->poll();

特点

• 优点：完全符合 “开闭原则”，新增产品只需新增具体工厂；
• 缺点：类数量爆炸（产品数 = 工厂数），适合产品类型较多且需频繁扩展的场景。

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

当需要创建一系列相互关联的产品族（如 “Windows 风格的按钮 + 菜单”“Mac 风格的按钮 + 菜单”）时，抽象工厂模式通过一个工厂创建多个产品，保证产品族的一致性。

核心结构

• 抽象产品族：多个相关产品的抽象接口（如Button、Menu）；
• 具体产品族：同一风格的具体产品（如WindowsButton、WindowsMenu）；
• 抽象工厂：定义创建整个产品族的接口；
• 具体工厂：实现抽象工厂，创建对应风格的产品族。

代码示例（UI 组件场景）

// 抽象产品1：Button
class Button {
public:
    virtual void render() = 0;
};

// 抽象产品2：Menu
class Menu {
public:
    virtual void render() = 0;
};

// 具体产品族1：Windows风格
class WindowsButton : public Button {
public:
    void render() override { /* 渲染Windows按钮 */ }
};
class WindowsMenu : public Menu {
public:
    void render() override { /* 渲染Windows菜单 */ }
};

// 具体产品族2：Mac风格
class MacButton : public Button {
public:
    void render() override { /* 渲染Mac按钮 */ }
};
class MacMenu : public Menu {
public:
    void render() override { /* 渲染Mac菜单 */ }
};

// 抽象工厂：定义创建产品族的接口
class UIFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
    virtual Menu* createMenu() = 0;
};

// 具体工厂1：创建Windows产品族
class WindowsUIFactory : public UIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new WindowsButton(); }
    Menu* createMenu() override { return new WindowsMenu(); }
};

// 具体工厂2：创建Mac产品族
class MacUIFactory : public UIFactory {
public:
    Button* createButton() override { return new MacButton(); }
    Menu* createMenu() override { return new MacMenu(); }
};

调用方式

// 选择产品族（如Windows）
UIFactory* factory = new WindowsUIFactory();
// 创建同一风格的多个产品
Button* btn = factory->createButton();
Menu* menu = factory->createMenu();
btn->render();
menu->render();

特点

• 优点：保证产品族的一致性（不会出现 “Windows 按钮 + Mac 菜单”）；
• 缺点：扩展产品族困难（新增产品需修改抽象工厂），适合产品族固定的场景。

三、工厂模式的选型建议

场景	推荐模式
产品类型少，扩展频率低	简单工厂模式
产品类型多，需频繁扩展	工厂方法模式
需要创建关联的产品族	抽象工厂模式