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本系列的文章，來介紹編程中的設(shè)計模式，介紹的內(nèi)容主要為《大話設(shè)計模式》的讀書筆記，并改用C++語言來實現(xiàn)（書中使用的是.NET中的C#）,本篇來學(xué)習(xí)第一章，介紹的設(shè)計模式是——簡單工廠模式。
1 面向?qū)ο缶幊?/h2>
設(shè)計模式依賴與面向?qū)ο缶幊堂懿豢煞郑虼嗽陂_始學(xué)習(xí)設(shè)計模式之前，先簡單介紹下面向?qū)ο缶幊獭?/p>
先來看一個小故事：
話說三國時期，曹操在赤壁帶領(lǐng)百萬大軍，眼看就要滅掉東吳，統(tǒng)一天下，非常高性，于是大宴文武。
在酒席間，不覺吟到：“喝酒唱歌，人生真爽，......”，眾文武齊呼：“丞相好詩！”，
于是一臣子速速命令印刷工匠進行刻版印刷，以便流傳天下。
印刷工匠刻好樣張，拿出來給曹操一看，曹操感覺不妥，
說道：“喝與唱，此話過俗，應(yīng)該改為對酒當(dāng)歌較好！”，
于是臣子就命令工匠重新來過，工匠眼看連夜刻版之功，徹底白費，心中叫苦不迭，只得照辦。
印刷工匠再次刻好樣張，拿出來給曹操過目，曹操細細一品，覺得還是不好，
說：“人生真爽太過直接，應(yīng)該改為問句才夠意境，因此應(yīng)改為對酒當(dāng)歌，人生幾何”，
當(dāng)臣子再次轉(zhuǎn)告工匠之時，工匠暈倒......
那，問題出在哪里呢？
大概是三國時期還沒有活字印刷術(shù)吧，所以要改字的時候，就必須整個刻板全部重新雕刻。
如果有了活字印刷術(shù)，其實只需要更改四個字即可，其余工作都未白做。
我們聯(lián)想編程，從這個小故事中，來體會一下編程中的一些思想：
- 可維護：要改字，只需更改需要變動的字即可可復(fù)用：這些字并不是只是這次有用，后續(xù)如果在其它印刷中需要用，可重復(fù)使用可擴展：如果詩中需要加字，只需另外單獨刻字即可靈活性：字的排列可以橫排，也可以豎排
面向?qū)ο缶幊?，通過封裝、繼承和多態(tài)，把程序的耦合度降低。
傳統(tǒng)印刷術(shù)的問題就在于把所有字都刻在同一個版面上的耦合度太高。
使用設(shè)計模式可以使程序更加靈活，容易修改，并易于復(fù)用。
2 計算器實例
下面以一個計算器的代碼實例，來體會封裝的思想，以及簡單工廠模式的使用。
題目：設(shè)計一個計算器控制臺程序，輸入為兩個數(shù)和運算符，輸出結(jié)果
功能比較簡單，先來看第一個版本的實現(xiàn)。
2.1 版本一：面向過程
第一個版本采用面向過程的思想，從接收用戶輸入，到數(shù)據(jù)運算，以及最后的輸出，都是按順序在一個代碼塊中實現(xiàn)的：
int main()
{
float numA = 0;
float numB = 0;
float result = 0;
char operate;
bool bSuccess = true;
printf("please input a num A:n");
scanf("%f", &numA);
printf("please input a operate(+ - * ):n");
std::cin >> operate;
printf("please input a num B:n");
scanf("%f", &numB);
switch(operate)
{
case '+':
{
result = numA + numB;
break;
}
case '-':
{
result = numA - numB;
break;
}
case '*':
{
result = numA * numB;
break;
}
case '/':
{
if (numB == 0)
{
bSuccess = false;
printf("divisor cannot be 0!n");
break;
}
result = numA / numB;
break;
}
default:
{
bSuccess = false;
break;
}
}
if (bSuccess)
{
printf("%f %c %f = %fn", numA, operate, numB, result);
}
else
{
printf("[%f %c %f] calc fail!n", numA, operate, numB);
}
return 0;
}
該程序的運行效果如下圖所示：
上述代碼實現(xiàn)本身沒有什么問題，但是，如果現(xiàn)在要再實現(xiàn)一個帶有UI界面的計算器，代碼能不能復(fù)用呢？很顯然不行，代碼都是在一起的。
因此，為了便于代碼復(fù)用，可以將計算部分的代碼和顯示部分的代碼分開，降低它們之間的耦合度。
2.2 版本二：對業(yè)務(wù)封裝
版本二則是對計算部分的業(yè)務(wù)代碼和顯示部分的控制臺輸入輸出代碼分開。
計算部分的業(yè)務(wù)代碼，設(shè)計一個Operation運算類，通過其成員函數(shù)GetResult來實現(xiàn)加減乘除運算。
2.2.1 業(yè)務(wù)代碼
class Operation
{
public:
bool GetResult(float numA, float numB, char operate, float &result)
{
bool bSuccess = true;
switch(operate)
{
case '+':
{
result = numA + numB;
break;
}
case '-':
{
result = numA - numB;
break;
}
case '*':
{
result = numA * numB;
break;
}
case '/':
{
if (numB == 0)
{
bSuccess = false;
printf("divisor cannot be 0!n");
break;
}
result = numA / numB;
break;
}
default:
{
bSuccess = false;
break;
}
}
return bSuccess;
}
};
2.2.2 控制臺界面代碼
顯示部分的控制臺輸入輸出代碼，還在main函數(shù)中。
int main()
{
float numA = 0;
float numB = 0;
float result = 0;
char operate;
printf("please input a num A:n");
scanf("%f", &numA);
printf("please input a operate(+ - * ):n");
std::cin >> operate;
printf("please input a num B:n");
scanf("%f", &numB);
Operation Op1;
bool bSuccess = Op1.GetResult(numA, numB, operate, result);
if (bSuccess)
{
printf("%f %c %f = %fn", numA, operate, numB, result);
}
else
{
printf("[%f %c %f] calc fail!n", numA, operate, numB);
}
return 0;
}
版本二的運行效果演示如下：
上述的版本二的代碼實現(xiàn)，就用到了面向?qū)ο笕筇匦灾械?strong>封裝。
那，上述代碼，是否可以做到靈活擴展？
比如，如果希望增加一個開根號的運算，如果改？
按照現(xiàn)有邏輯，需要修改Operation運算類，在switch中增加一個分支。但這樣，會需要加減乘除的邏輯再次參與編譯，另外，如果在修改開根號的代碼時，不小心改動了加減乘除的邏輯，影響就大了。
因此，可以使用面向?qū)ο笾?strong>繼承和多態(tài)的思想，來實現(xiàn)各個運算類的分離。
2.3 版本三：簡單工廠
版本三用到了封裝、繼承、多態(tài)，以及通過簡單工廠來實例化出合適的對象。
2.3.1 Operation運算類（父類）
Operation運算類為一個抽象類，是加減乘除類的父類。
該類包含numA和numB兩個成員變量，以及一個虛函數(shù)GetResult用于計算運算結(jié)果，各個子類中對其進行具體的實現(xiàn)。
// 操作類（父類）
class Operation
{
public:
float numA = 0;
float numB = 0;
public:
virtual float GetResult()
{
return 0;
};
};
2.3.2 加減乘除類（子類）
加減乘除子類通過公有繼承Operation類，可以訪問其共有成員變量numA和numB，并對GetResult方法進行具體的實現(xiàn)：
// 加法類（子類）
class OperationAdd : public Operation
{
public:
float GetResult()
{
return numA + numB;
}
};
// 減法類（子類）
class OperationSub : public Operation
{
public:
float GetResult()
{
return numA - numB;
}
};
// 乘法類（子類）
class OperationMul : public Operation
{
public:
float GetResult()
{
return numA * numB;
}
};
// 除法類（子類）
class OperationDiv : public Operation
{
public:
float GetResult()
{
if (numB == 0)
{
printf("divisor cannot be 0!n");
return 0;
}
return numA / numB;
}
};
2.3.3 簡單運算工廠類
為了能方便地實例化加減乘除類，考慮使用一個單獨的類來做這個創(chuàng)造實例的過程，這個就是工廠。
設(shè)計一個OperationFactory類來實現(xiàn)，這樣，只要輸入運算的符號，就能實例化出合適的對象。
// 簡單工廠模式
class OperationFactory
{
public:
Operation *createOperation(char operation)
{
Operation *oper = nullptr;
switch(operation)
{
case '+':
{
oper = (Operation *)(new OperationAdd());
break;
}
case '-':
{
oper = (Operation *)(new OperationSub());
break;
}
case '*':
{
oper = (Operation *)(new OperationMul());
break;
}
case '/':
{
oper = (Operation *)(new OperationDiv());
break;
}
default:
{
break;
}
}
return oper;
}
};
使用版本三，如果后續(xù)需要修改加法運算，只需要修改OperationAdd類中的內(nèi)容即可，不會影響到其它計算類。
2.3.4 控制臺界面代碼
顯示部分的控制臺輸入輸出代碼，還在main函數(shù)中。
通過多態(tài)，返回父類的方式，實現(xiàn)對應(yīng)運算的計算結(jié)果。
{
float numA = 0;
float numB = 0;
float result = 0;
char operate;
printf("please input a num A:n");
scanf("%f", &numA);
printf("please input a operate(+ - * ):n");
std::cin >> operate;
printf("please input a num B:n");
scanf("%f", &numB);
OperationFactory opFac;
Operation *oper = nullptr;
oper = opFac.createOperation(operate);
if (oper != nullptr)
{
oper->numA = numA;
oper->numB = numB;
result = oper->GetResult();
printf("%f %c %f = %fn", numA, operate, numB, result);
delete oper;
}
else
{
printf("[%f %c %f] calc fail!n", numA, operate, numB);
}
return 0;
}
版本三的運行效果演示如下：
版本三中，各個類之間的關(guān)系如下圖所示：
-
-
- 運算類是一個抽象類（類名用斜體表示），具有兩個float類型的
公有
-
-
-
- 的（共有用**+號**）成員變量numA和numB以及一個GetResult公有方法四個計算類繼承（
繼承
-
-
-
- 用
空心三角+實線
-
-
-
- 表示）運算類，并實現(xiàn)對應(yīng)的GetResult方法簡單工廠類依賴于（
依賴
-
-
-
- 用
箭頭+虛線
-
- 表示）運算類，通過createOperation方法實現(xiàn)運算類的實例化
3 總結(jié)
本篇主要介紹設(shè)計模式中的簡單工廠模式，首先通過一個活字印刷的小故事來體會程序設(shè)計中的可維護、可復(fù)用、可擴展、靈活性的思想，并引入面向?qū)ο笤O(shè)計模式中的三大基本思想：封裝、繼承、多態(tài)，然后通過一個計算器的代碼實現(xiàn)的例子，通過C++實現(xiàn)了三個版本的代碼，由淺到深地理解面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想以及簡單工廠模式的使用。
