多态工厂设计通过模板与静态多态避免rtti实现动态对象创建，其核心在于使用工厂注册表根据类型标识符生成对象。1. 定义统一基类与派生类；2. 创建工厂接口与具体工厂模板；3. 使用注册表管理工厂实例；4. 利用智能指针或raii原则管理内存以防止泄漏；5. 应用于游戏开发中创建角色、特效、ui元素等不同对象。相比抽象工厂，多态工厂侧重单个产品族的动态创建，而抽象工厂关注多个相关产品族的创建与兼容性。
多态工厂设计旨在解决一个核心问题：如何在运行时根据不同的条件创建不同类型的对象，而无需依赖运行时类型识别（RTTI）。简而言之，它提供了一种灵活的方式来动态生成对象，同时避免了RTTI带来的潜在性能问题和代码复杂性。
解决方案
多态工厂的核心思想是利用模板和静态多态（CRTP，Curiously Recurring Template Pattern）来创建一个类型安全的工厂，该工厂可以根据类型标识符创建相应的对象。
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基类和派生类：
首先，定义一个所有可创建对象都继承的基类。
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; } }; -
工厂接口：
定义一个工厂接口，它提供一个创建对象的方法。
class Factory { public: virtual Base* create() = 0; virtual ~Factory() = default; }; -
具体工厂：
为每个可创建的类创建一个具体的工厂类，该工厂类继承自工厂接口，并负责创建该类的对象。
template <typename T> class ConcreteFactory : public Factory { public: Base* create() override { return new T(); } }; -
工厂注册表：
创建一个工厂注册表，用于存储所有可用的工厂。可以使用std::map或std::unordered_map，将类型标识符映射到相应的工厂。
#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; }; -
注册工厂：
在程序启动时，将所有具体的工厂注册到工厂注册表中。
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; }
如何避免内存泄漏？
内存泄漏是使用工厂模式时需要特别注意的问题。以下是一些避免内存泄漏的方法：
- 智能指针： 使用智能指针（如std::unique_ptr或std::shared_ptr）来管理工厂创建的对象。这样，当对象不再需要时，智能指针会自动释放内存。
- RAII： 确保所有分配的资源都在对象析构函数中释放。这可以通过使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）原则来实现。
- 工厂所有权： 明确工厂是否负责管理对象的生命周期。如果工厂负责，则需要在工厂的析构函数中释放所有已创建的对象。
- 避免裸指针： 尽量避免在代码中使用裸指针。使用智能指针可以更容易地管理内存，并减少内存泄漏的风险。
- 代码审查和测试： 定期进行代码审查和测试，以发现潜在的内存泄漏问题。可以使用内存泄漏检测工具来帮助识别这些问题。
多态工厂和抽象工厂的区别？
多态工厂和抽象工厂都是创建型设计模式，但它们解决的问题略有不同。
- 多态工厂： 主要关注于根据类型标识符创建不同类型的对象，而无需依赖 RTTI。它通常用于创建单个产品族中的不同产品。上述解决方案就是一个多态工厂的例子。
- 抽象工厂： 主要关注于创建一组相关的产品族，而无需指定具体的类。它通常用于创建多个产品族，并确保这些产品族之间的兼容性。
例如，一个抽象工厂可以用于创建不同操作系统的 UI 元素（如按钮、文本框等）。每个操作系统都有自己的具体工厂，负责创建该操作系统下的 UI 元素。
多态工厂在游戏开发中的应用场景？
多态工厂在游戏开发中有很多应用场景，以下是一些常见的例子：
- 创建游戏对象： 可以使用多态工厂来创建不同类型的游戏对象，如角色、敌人、道具等。每个游戏对象都有自己的具体类，工厂可以根据游戏对象的类型标识符创建相应的对象。
- 创建特效： 可以使用多态工厂来创建不同类型的特效，如爆炸、火焰、烟雾等。每个特效都有自己的具体类，工厂可以根据特效的类型标识符创建相应的对象。
- 创建 UI 元素： 可以使用多态工厂来创建不同类型的 UI 元素，如按钮、文本框、滑块等。每个 UI 元素都有自己的具体类，工厂可以根据 UI 元素的类型标识符创建相应的对象。
- 创建 AI 代理： 可以使用多态工厂来创建不同类型的 AI 代理，例如不同的敌人AI行为。
总而言之，多态工厂模式在需要运行时动态创建对象，同时又希望避免 RTTI 的情况下，是一种非常有效的解决方案。通过合理的设计和实现，可以提高代码的灵活性、可维护性和可扩展性。
