C++ 对象工厂：静态创建、工厂方法与所有权

知识概念更新于 2026-10-02编辑本文

工厂把“选择具体类型并构造对象”的逻辑放在一个明确入口。调用方拿到统一接口后执行任务，不必在每个业务位置重复判断具体类型。

先分清两个问题：工厂解决在哪里创建对象；static 决定调用这个成员函数是否需要一个工厂实例。 二者没有必然绑定关系。

1. 三种常见含义

名称	变化由谁决定	典型实现
简单工厂	集中的分支根据参数选择产品	`createTask("metric")` 中使用 `if` 或注册表
工厂方法模式	创建者子类决定具体产品	基类声明虚创建函数，子类覆盖
抽象工厂	一个工厂提供一组相互配套的产品	同时创建某个平台的窗口、按钮等

日常交流中的“工厂函数”也可能只是一个返回对象的自由函数或静态函数。说到 GoF 的 Factory Method 模式时，则应明确由子类参与选择产品这一结构，不能仅凭函数名 create 或关键字 static 判断。Microsoft 的模式说明与 Schmidt 的课程定义区分了这些用法。

2. 为什么这个简单工厂可以写成 static

如果创建任务只需要传入的类型字符串，不依赖工厂对象中的配置、连接或服务，静态成员函数就足够：

auto task = TaskFactory::createTask("metric");

静态成员函数没有隐含的 this 指针，因此上述调用不用先构造 TaskFactory。它仍可使用显式传入的对象；“没有 this”不等于“整个函数不能访问任何对象”。依据：C++ 的 this 指针。

如果工厂需要持有设备配置或可替换的依赖，可以改成实例方法，并在构造工厂时注入这些依赖。若类仅起命名作用，也可以改用命名空间中的普通函数。选择标准是调用所需的状态和扩展方式，不是“工厂必须静态”。

3. 完整示例：创建、使用与失败处理

下面代码使用 C++17。它保留原笔记中的 MetricTask、MillimeterTask 和未知类型分支，将手动 new/delete 改为明确的单一所有权。

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <string_view>

class Task {
public:
    virtual ~Task() = default;
    virtual void execute() const = 0;
};

class MetricTask final : public Task {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "Executing Metric Task\n";
    }
};

class MillimeterTask final : public Task {
public:
    void execute() const override {
        std::cout << "Executing Millimeter Task\n";
    }
};

class TaskFactory {
public:
    static std::unique_ptr<Task> createTask(std::string_view type) {
        if (type == "metric") {
            return std::make_unique<MetricTask>();
        }
        if (type == "millimeter") {
            return std::make_unique<MillimeterTask>();
        }
        return nullptr;
    }
};

int main() {
    auto metric = TaskFactory::createTask("metric");
    auto millimeter = TaskFactory::createTask("millimeter");
    auto unknown = TaskFactory::createTask("unknown");

    assert(metric && millimeter && !unknown);
    metric->execute();
    millimeter->execute();
    if (!unknown) {
        std::cout << "Unknown task type\n";
    }
}

预期输出：

Executing Metric Task
Executing Millimeter Task
Unknown task type

unique_ptr 返回后由调用者拥有对象；离开作用域时自动销毁。它不能复制，转移所有权需要移动。基类析构函数为 virtual，保证通过基类指针删除派生对象时调用正确的析构链。可对照 Microsoft 的 unique_ptr 示例。

这里约定“未知类型返回空指针”，因此使用前检查。实际接口也可以选择异常或显式错误结果，但必须让所有调用者遵守同一约定。make_unique 的内存分配失败仍可能抛出异常，不能把空指针分支理解为所有失败都被吞掉。

4. 真正需要工厂方法模式时

例如应用框架规定统一执行流程，却希望不同创建者决定创建哪种任务，可以在前述 Task 类型基础上定义：

class TaskRunner {
public:
    virtual ~TaskRunner() = default;

    void run() const {
        auto task = createTask();
        if (task) {
            task->execute();
        }
    }

protected:
    virtual std::unique_ptr<Task> createTask() const = 0;
};

class MetricRunner final : public TaskRunner {
protected:
    std::unique_ptr<Task> createTask() const override {
        return std::make_unique<MetricTask>();
    }
};

TaskRunner::run() 依赖抽象产品；MetricRunner 决定产品类型。这是创建者继承体系中的变化点。它比几行分支增加了类型和间接调用，只在这种扩展方式确有价值时使用。

5. 扩展前的检查

新增任务是否只需要集中增加一个分支？是的话，简单工厂已经够用。
多个调用方是否都在手动释放产品？优先用返回类型表达所有权。
工厂是否偷偷读取全局配置？考虑显式参数或持有配置的工厂实例。
字符串来自外部输入吗？需要定义大小写、空白和未知值处理；不要让错别字静默选择默认任务。
Qt 版本的接口可以接收 QString，但对象创建原则与 Qt 无关；普通 C++ 示例无需依赖 Qt。

本页合并两篇原始工厂记录，保留原例的两种产品、静态调用、未知类型处理及输出，同时更正模式术语并明确生命周期。