对象工厂：原理、实现与应用

# 对象工厂：原理、实现与应用 ## 1. 动态对象创建方案 在传统的对象创建方式中，可能会依赖大型的 `switch` 语句，但现在我们有了一种动态方案。每个类型的对象都可以向工厂进行自我注册，这将责任从集中的地方转移到了每个具体的类上。当定义一个新的 `Shape` 派生类时，只需添加文件，而无需修改现有文件。以下是一个简单的代码示例： ```cpp if (i == callbacks_.end()) { // not found throw std::runtime_error("Unknown Shape ID"); } // Invoke the creation function return (i->second)(); ``` ## 2. 类型标识符管理 ### 2.1 问题与挑战 类型标识符的管理是一个关键问题。添加类型标识符需要一定的规范和集中控制。每次添加新的形状类时，必须检查所有现有的类型标识符，以确保新添加的标识符不会与它们冲突。如果存在冲突，第二次使用相同 ID 调用 `RegisterShape` 将会失败，从而无法创建该类型的对象。 ### 2.2 解决方案 - **使用字符串作为类型标识符**：可以将类型标识符存储为字符串，并约定每个类由其名称表示，例如 `Line` 的标识符是 `"Line"`，`Polygon` 的标识符是 `"Polygon"`。由于类名是唯一的，这样可以最大程度地减少名称冲突的可能性。 - **使用 `std::type_info`**：`std::type_info` 是 C++ 提供的运行时类型信息（RTTI）的一部分。可以通过对类型或表达式调用 `typeid` 运算符来获取 `std::type_info` 的引用。`std::type_info` 提供了一个 `name` 成员函数，返回一个指向人类可读类型名称的 `const char*`。然而，这种方法并不适用于所有 C++ 编译器实现，因为 `type_info::name` 的定义仅适用于调试目的，不能保证字符串是实际的类名，也不能保证字符串在整个应用程序中是唯一的，甚至不能保证每次运行应用程序时 `typeid(Line).name()` 指向相同的字符串。 - **使用唯一值生成器**：一种分散式的解决方案是使用唯一值生成器，如随机数或随机字符串生成器。每次向程序中添加新类时，使用该生成器生成一个随机值，并将其硬编码在源文件中，且不再更改。 ### 2.3 结论 类型标识符管理并非对象工厂本身的职责。由于 C++ 无法保证唯一、持久的类型 ID，类型 ID 管理成为了一个额外的语言问题，必须由程序员来处理。 ## 3. 通用对象工厂 ### 3.1 涉及元素 - **具体产品**：工厂以对象的形式交付某种产品。 - **抽象产品**：产品继承自一个基类型（在示例中为 `Shape`）。产品是类型属于某个层次结构的对象，该层次结构的基类型就是抽象产品。工厂以多态的方式工作，返回一个指向抽象产品的指针，而不透露具体产品类型的信息。 - **产品类型标识符**：用于标识具体产品类型的对象。由于 C++ 的静态类型系统，创建产品时必须有类型标识符。 - **产品创建器**：专门用于创建一种特定类型对象的函数或仿函数。我们使用函数指针来建模产品创建器。 ### 3.2 通用工厂实现 ```cpp template < class AbstractProduct, typename IdentifierType, typename ProductCreator > class Factory { public: bool Register(const IdentifierType& id, ProductCreator creator) { return associations_.insert( AssocMap::value_type(id, creator)).second; } bool Unregister(const IdentifierType& id) { return associations_.erase(id) == 1; } AbstractProduct* CreateObject(const IdentifierType& id) { typename AssocMap::const_iterator i = associations_.find(id); if (i != associations_.end()) { return (i->second)(); } handle error } private: typedef std::map<IdentifierType, AbstractProduct> AssocMap; AssocMap associations_; }; ``` ### 3.3 错误处理 当在工厂中未找到注册的创建器时，有多种处理方式，如抛出异常、返回空指针、终止程序、动态加载库并重新尝试操作等。具体的决策取决于具体情况。为了让用户能够自定义错误处理行为，并提供合理的默认行为，将错误处理代码从 `CreateObject` 成员函数中提取出来，放到一个单独的 `FactoryError` 策略中。 ```mermaid graph TD; A[开始] --> B[查找关联]; B --> C{是否找到}; C -- 是 --> D[调用创建器]; C -- 否 --> E[调用错误处理策略]; D --> F[返回对象指针]; E --> F; F --> G[结束]; ``` ### 3.4 默认错误处理实现 ```cpp template <class IdentifierType, class ProductType> class DefaultFactoryError { public: class Exception : public std::exception { public: Exception(const IdentifierType& unknownId) : unknownId_(unknownId) { } virtual const char* what() { return "Unknown object type passed to Factory."; } const IdentifierType GetId() { return unknownId_; }; private: IdentifierType unknownId_; }; protected: StaticProduc ```