多態工廠設計通過模板與靜態多態避免rtti實現動態對象創建，其核心在于使用工廠注冊表根據類型標識符生成對象。1. 定義統一基類與派生類；2. 創建工廠接口與具體工廠模板；3. 使用注冊表管理工廠實例；4. 利用智能指針或raii原則管理內存以防止泄漏；5. 應用于游戲開發中創建角色、特效、ui元素等不同對象。相比抽象工廠，多態工廠側重單個產品族的動態創建，而抽象工廠關注多個相關產品族的創建與兼容性。
多態工廠設計旨在解決一個核心問題：如何在運行時根據不同的條件創建不同類型的對象，而無需依賴運行時類型識別（RTTI）。簡而言之，它提供了一種靈活的方式來動態生成對象，同時避免了RTTI帶來的潛在性能問題和代碼復雜性。
解決方案
多態工廠的核心思想是利用模板和靜態多態（CRTP，Curiously Recurring Template Pattern）來創建一個類型安全的工廠，該工廠可以根據類型標識符創建相應的對象。
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基類和派生類：
首先，定義一個所有可創建對象都繼承的基類。
class Base { public: virtual ~Base() = default; virtual void doSomething() = 0; }; class DerivedA : public Base { public: void doSomething() override { std::cout << "DerivedA doing something" << std::endl; } }; class DerivedB : public Base { public: void doSomething() override { std::cout << "DerivedB doing something" << std::endl; } }; -
工廠接口：
定義一個工廠接口，它提供一個創建對象的方法。
class Factory { public: virtual Base* create() = 0; virtual ~Factory() = default; }; -
具體工廠：
為每個可創建的類創建一個具體的工廠類，該工廠類繼承自工廠接口，并負責創建該類的對象。
template <typename T> class ConcreteFactory : public Factory { public: Base* create() override { return new T(); } }; -
工廠注冊表：
創建一個工廠注冊表，用于存儲所有可用的工廠。可以使用std::map或std::unordered_map，將類型標識符映射到相應的工廠。
#include <map> #include <string> #include <iostream> class FactoryRegistry { public: using FactoryMap = std::map<std::string, Factory*>; template <typename T> static void registerFactory(const std::string& typeName) { instance().m_factories[typeName] = new ConcreteFactory<T>(); } static Base* createObject(const std::string& typeName) { auto it = instance().m_factories.find(typeName); if (it != instance().m_factories.end()) { return it->second->create(); } return nullptr; // Or throw an exception } private: FactoryRegistry() = default; ~FactoryRegistry() { for (auto& pair : m_factories) { delete pair.second; } } static FactoryRegistry& instance() { static FactoryRegistry registry; return registry; } FactoryMap m_factories; }; -
注冊工廠：
在程序啟動時，將所有具體的工廠注冊到工廠注冊表中。
int main() { FactoryRegistry::registerFactory<DerivedA>("DerivedA"); FactoryRegistry::registerFactory<DerivedB>("DerivedB"); Base* objA = FactoryRegistry::createObject("DerivedA"); if (objA) { objA->doSomething(); delete objA; } Base* objB = FactoryRegistry::createObject("DerivedB"); if (objB) { objB->doSomething(); delete objB; } return 0; }
如何避免內存泄漏？
內存泄漏是使用工廠模式時需要特別注意的問題。以下是一些避免內存泄漏的方法：
- 智能指針： 使用智能指針（如std::unique_ptr或std::shared_ptr）來管理工廠創建的對象。這樣，當對象不再需要時，智能指針會自動釋放內存。
- RAII： 確保所有分配的資源都在對象析構函數中釋放。這可以通過使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原則來實現。
- 工廠所有權： 明確工廠是否負責管理對象的生命周期。如果工廠負責，則需要在工廠的析構函數中釋放所有已創建的對象。
- 避免裸指針： 盡量避免在代碼中使用裸指針。使用智能指針可以更容易地管理內存，并減少內存泄漏的風險。
- 代碼審查和測試： 定期進行代碼審查和測試，以發現潛在的內存泄漏問題。可以使用內存泄漏檢測工具來幫助識別這些問題。
多態工廠和抽象工廠的區別？
多態工廠和抽象工廠都是創建型設計模式，但它們解決的問題略有不同。
- 多態工廠： 主要關注于根據類型標識符創建不同類型的對象，而無需依賴 RTTI。它通常用于創建單個產品族中的不同產品。上述解決方案就是一個多態工廠的例子。
- 抽象工廠： 主要關注于創建一組相關的產品族，而無需指定具體的類。它通常用于創建多個產品族，并確保這些產品族之間的兼容性。
例如，一個抽象工廠可以用于創建不同操作系統的 UI 元素（如按鈕、文本框等）。每個操作系統都有自己的具體工廠，負責創建該操作系統下的 UI 元素。
多態工廠在游戲開發中的應用場景？
多態工廠在游戲開發中有很多應用場景，以下是一些常見的例子：
- 創建游戲對象： 可以使用多態工廠來創建不同類型的游戲對象，如角色、敵人、道具等。每個游戲對象都有自己的具體類，工廠可以根據游戲對象的類型標識符創建相應的對象。
- 創建特效： 可以使用多態工廠來創建不同類型的特效，如爆炸、火焰、煙霧等。每個特效都有自己的具體類，工廠可以根據特效的類型標識符創建相應的對象。
- 創建 UI 元素： 可以使用多態工廠來創建不同類型的 UI 元素，如按鈕、文本框、滑塊等。每個 UI 元素都有自己的具體類，工廠可以根據 UI 元素的類型標識符創建相應的對象。
- 創建 AI 代理： 可以使用多態工廠來創建不同類型的 AI 代理，例如不同的敵人AI行為。
總而言之，多態工廠模式在需要運行時動態創建對象，同時又希望避免 RTTI 的情況下，是一種非常有效的解決方案。通過合理的設計和實現，可以提高代碼的靈活性、可維護性和可擴展性。
