简单工厂模式 - 人造恶魔果实工厂1

苏丙榅2022-08-292023-04-06

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1. 工厂模式的特点

在海贼王中，作为原王下七武海之一的多弗朗明哥，可以说是新世界最大的流氓头子，拥有无上的权利和无尽的财富。他既是德雷斯罗萨国王又是地下世界的中介，控制着世界各地的诸多产业，人造恶魔果实工厂就是其中之一。

人造恶魔果实的最大买家是四皇之一的凯多，凯多其实很明智，他没有自己去生产，可能有这么几个因素：

凯多手下没有像凯撒·库朗一样的科学家，无法掌握生产人造恶魔果实这种顶级的科学技术【意味着构造一个对象有时候需要经历一个非常复杂的操作流程，既然麻烦那索性就不干了】。
有需求下单就行，只需关心结果，无需关心过程【实现了解耦合】。
人造恶魔果实出了问题，自己无责任，售后直接找明哥【便于维护】。

在我们现实生活中也是一样，买馒头和自己蒸馒头、去饭店点一份大盘鸡和自己养鸡，杀鸡，做大盘鸡，这是全然不同的两种体验：

自己做麻烦，而且有失败的风险，需要自己承担后果。
买现成的，可以忽略制作细节，方便快捷并且无风险，得到的肯定是美味的食物。

对于后者，就相当于是一个加工厂，通过这个工厂我们就可以得到想要的东西，在程序设计中，这种模式就叫做工厂模式，工厂生成出的产品就是某个类的实例，也就是对象。关于工厂模式一共有三种，分别是：简单工厂模式、工厂模式、抽象工厂模式。

通过上面人造恶魔果实的例子，我们能够了解到，不论使用哪种工厂模式其主要目的都是实现类与类之间的解耦合，这样我们在创建对象的时候就变成了拿来主义，使程序更加便于维护。在本节中，先介绍简单工厂模式。

基于简单工厂模式去创建对象的时候，需要提供一个工厂类，专门用于生产需要的对象，这样关于对象的创建操作就被剥离出去了。

简单工厂模式相关类的创建和使用步骤如下：

创建一个新的类, 可以将这个类称之为工厂类。对于简单工厂模式来说，需要的工厂类只有一个。
在这个工厂类中添加一个公共的成员函数，通过这个函数来创建我们需要的对象，关于这个函数一般将其称之为工厂函数。
关于使用，首先创建一个工厂类对象，然后通过这个对象调用工厂函数，这样就可以生产出一个指定类型的实例对象了。

2. 生产的产品

在海贼世界中，凯撒·库朗研制的人造恶魔果实是有瑕疵的，吃下人造恶魔果实的失败品没能成功获得果实能力的人，会被剥夺除笑以外的一切表情，所以人造恶魔果实被称为SMILE。

下面是明哥的SMILE工厂要生产的众多人造动物系恶魔果实中的三种:

// 人造恶魔果实· 绵羊形态
class SheepSmile
{
public:
    void transform()
    {
        cout << "变成人兽 -- 山羊人形态..." << endl;
    }
    void ability()
    {
        cout << "将手臂变成绵羊角的招式 -- 巨羊角" << endl;
    }
};

// 人造恶魔果实· 狮子形态
class LionSmile
{
public:
    void transform()
    {
        cout << "变成人兽 -- 狮子人形态..." << endl;
    }
    void ability()
    {
        cout << "火遁· 豪火球之术..." << endl;
    }
};

// 人造恶魔果实· 蝙蝠形态
class BatSmile
{
public:
    void transform()
    {
        cout << "变成人兽 -- 蝙蝠人形态..." << endl;
    }
    void ability()
    {
        cout << "声纳引箭之万剑归宗..." << endl;
    }
};

不论是吃了那种恶魔果实，获得了相应的能力之后，可以做的事情大体是相同的，那就是形态变化transform() 和使用果实能力alility()。

另外，生产这些恶魔果实的时候可能需要极其复杂的参数，在此就省略了【也就是说这些类的构造函数的参数在此被省略了】。

3. 如何生产

如果想要生产出这些恶魔果实，可以先创建一个工厂类，然后再给这个工厂类添加一个工厂函数，又因为我们要生成三种不同类型的恶魔果实，所以可以给工厂函数添加一个参数，用以控制当前要生产的是哪一类。

enum class Type:char{SHEEP, LION, BAT};
// 恶魔果实工厂类
class SmileFactory
{
public:
    enum class Type:char{SHEEP, LION, BAT};
    SmileFactory() {}
    ~SmileFactory() {}
    void* createSmile(Type type)
    {
        void* ptr = nullptr;
        switch (type)
        {
        case Type::SHEEP:
            ptr = new SheepSmile;
            break;
        case Type::LION:
            ptr = new LionSmile;
            break;
        case Type::BAT:
            ptr = new BatSmile;
            break;
        default:
            break;
        }
        return ptr;
    }
};

int main()
{
    SmileFactory* factory = new SmileFactory;
    BatSmile* batObj = (BatSmile*)factory->createSmile(Type::BAT);
    return 0;
}

关于恶魔果实的类型，上面的类中用到了强类型枚举（C++11新特性），增强了代码的可读性，并且将枚举元素设置为了char类型，节省了内存。
函数createSmile(Type type)的返回值是void*类型，这样处理主要是因为每个case 语句创建出的对象类型是不一样的，为了实现兼容，故此这样处理。
得到函数createSmile(Type type)的返回值之后，还需要将其转换成实际的类型，处理起来还是比较繁琐的。

关于工厂函数的返回值，在C++中还有一种更好的解决方案，就是使用多态。如果想要实现多态，需要满足三个条件：

类和类之间有继承关系。
父类中有虚函数，并且在子类中需要重写这些虚函数。
使用父类指针或引用指向子类对象。

所以，我们需要给人造恶魔果实提供一个基类，然后让上边的三个类SheepSmile、LionSmile、BatSmile作为子类继承这个基类。根据分析我们就有画出简单工厂模式的UML类图了：

根据UML类图，编写出的代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

class AbstractSmile
{
public:
    virtual void transform() {}
    virtual void ability() {}
    virtual ~AbstractSmile() {}
};
// 人造恶魔果实· 绵羊形态
class SheepSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 山羊人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "将手臂变成绵羊角的招式 -- 巨羊角" << endl;
    }
};

// 人造恶魔果实· 狮子形态
class LionSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 狮子人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "火遁· 豪火球之术..." << endl;
    }
};

class BatSmile : public AbstractSmile
{
public:
    void transform() override
    {
        cout << "变成人兽 -- 蝙蝠人形态..." << endl;
    }
    void ability() override
    {
        cout << "声纳引箭之万剑归宗..." << endl;
    }
};

// 恶魔果实工厂类
enum class Type:char{SHEEP, LION, BAT};
class SmileFactory
{
public:
    SmileFactory() {}
    ~SmileFactory() {}
    AbstractSmile* createSmile(Type type)
    {
        AbstractSmile* ptr = nullptr;
        switch (type)
        {
        case Type::SHEEP:
            ptr = new SheepSmile;
            break;
        case Type::LION:
            ptr = new LionSmile;
            break;
        case Type::BAT:
            ptr = new BatSmile;
            break;
        default:
            break;
        }
        return ptr;
    }
};

int main()
{
    SmileFactory* factory = new SmileFactory;
    AbstractSmile* obj = factory->createSmile(Type::BAT);
    obj->transform();
    obj->ability();
    return 0;
}

通过上面的代码，我们实现了一个简单工厂模式，关于里边的细节有以下几点需要说明：

由于人造恶魔果实类有继承关系，并且实现了多态，所以父类的析构函数也应该是虚函数，这样才能够通过父类指针或引用析构子类的对象。
工厂函数createSmile(Type type)的返回值修改成了AbstractSmile*类型，这是人造恶魔果实类的基类，通过这个指针保存的是子类对象的地址，这样就实现了多态，所以在main()函数中，通过obj对象调用的实际是子类BatSmile中的函数，因此打印出的信息应该是这样的：
1
2
变成人兽 -- 蝙蝠人形态...
声纳引箭之万剑归宗...