多态工厂设计：无需RTTI实现运行时对象创建-C++-PHP中文网

多态工厂设计：无需RTTI实现运行时对象创建

看不見的法師

发布： 2025-06-23 11:48:02

原创

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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：无需RTTI实现运行时对象创建

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。

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;
    }
};

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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;
};
```
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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();
    }
};
```
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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。

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#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;
};

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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;
}

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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。

以上就是多态工厂设计：无需RTTI实现运行时对象创建的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！