智能指针在工厂模式中应用返回shared_ptr的工厂方法-C++-PHP中文网

智能指针在工厂模式中应用返回shared_ptr的工厂方法

P粉602998670

发布： 2025-08-17 15:17:01

原创

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工厂方法返回 shared_ptr 是为了实现自动内存管理、支持共享所有权和多态性，避免内存泄漏并提升代码安全性与灵活性；通过 std::make_shared 创建对象可提高性能和异常安全性，适用于多模块共享对象或生命周期不确定的场景，尤其在需要将对象存入容器或传递给回调时比 unique_ptr 更合适，但需注意避免循环引用并保证注册机制的线程安全，是现代 c++++ 中构建可扩展系统的推荐做法。

智能指针在工厂模式中应用返回shared_ptr的工厂方法

在 C++ 的工厂模式中，使用智能指针（尤其是

std::shared_ptr

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）作为返回类型是一种现代、安全且推荐的做法。相比传统的裸指针或

std::unique_ptr

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，返回

shared_ptr

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能更好地管理对象生命周期，避免内存泄漏，同时支持灵活的共享语义。

为什么工厂方法返回

shared_ptr

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？

工厂模式的核心是将对象的创建过程封装起来，客户端无需关心具体类型，只需通过接口使用对象。返回

shared_ptr

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的主要优势包括：

自动内存管理：对象在不再被引用时自动释放，避免资源泄漏。
共享所有权：多个组件可以安全地共享同一个对象实例。
多态支持良好：
```
shared_ptr<Base>
```
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可以持有派生类对象，适合多态场景。
与标准库和现代 C++ 代码兼容性好：比如可以轻松存入容器、传递给回调等。

工厂方法返回

shared_ptr

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的典型实现

假设我们有一个图形形状的基类和几个派生类：

#include <memory>
#include <string>

class Shape {
public:
    virtual ~Shape() = default;
    virtual void draw() const = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        // 绘制圆形
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() const override {
        // 绘制矩形
    }
};

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接下来，我们实现一个工厂类或工厂函数，返回

std::shared_ptr<Shape>

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：

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#include <map>
#include <functional>

class ShapeFactory {
public:
    using Creator = std::function<std::shared_ptr<Shape>()>;

    static std::shared_ptr<Shape> create(const std::string& type) {
        auto it = creators().find(type);
        if (it != creators().end()) {
            return it->second();
        }
        return nullptr; // 或抛出异常
    }

    static void registerType(const std::string& type, Creator creator) {
        creators()[type] = creator;
    }

private:
    static std::map<std::string, Creator>& creators() {
        static std::map<std::string, Creator> instance;
        return instance;
    }
};

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注册类型并使用：

// 注册类型
ShapeFactory::registerType("circle", []() { return std::make_shared<Circle>(); });
ShapeFactory::registerType("rectangle", []() { return std::make_shared<Rectangle>(); });

// 使用工厂创建对象
auto shape = ShapeFactory::create("circle");
if (shape) {
    shape->draw();
}

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何时选择

shared_ptr

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而不是

unique_ptr

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？

虽然

unique_ptr

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更轻量、性能略优，但在以下场景中，

shared_ptr

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是更合适的选择：

多个模块需要共享对象所有权。
对象可能被放入容器、回调、观察者列表等需要长期持有副本的地方。
工厂创建的对象生命周期不确定，且可能被多方引用。

如果你能确定对象只有一个所有者，且不会被共享，

unique_ptr

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更高效。但在通用工厂中，尤其是框架或库代码中，

shared_ptr

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更加灵活和安全。

注意事项与最佳实践

使用
```
make_shared
```
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而不是直接
new
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：
它更高效（一次内存分配），也更安全（避免异常时的内存泄漏）。
避免循环引用：
如果对象之间存在互相引用，注意使用
```
weak_ptr
```
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防止内存泄漏。
注册机制可扩展：
上述工厂支持运行时注册，适合插件式架构。
线程安全考虑：
如果多个线程同时调用
```
create
```
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，确保
```
creators()
```
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的访问是线程安全的（首次初始化是安全的，但注册操作需加锁）。