C语言中怎么实现简单工厂模式

一、 模式动机

先来看这样一个需求:这天，你的老大跟你说:"小李，公司的物料不够用了，你去嘉立创商城买一些 0805 电容回来，然后去捷多邦买点 0603 电容回来"。"好的"，于是你回到工位上准备开始干活。

试想一下，如果这个场景用程序来实现，应该怎么写?从 C 语言传统的面向过程来看，应该这样写:

#include <stdio.h>
void login_website(char *str);
void enter_jlc();
void bug_jlc_capacity(char *str);
void enter_jdb();
void bug_jdb_capacity(char *str);

int main()
{
        /* 登录淘宝网 */
	login_website("www.taobao.com");

	/*进入嘉立创旗舰店*/
        enter_jlc();

	/*购买嘉立创的0805电容*/
	bug_jlc_capacity("0805");

       /*进入捷多邦旗舰店*/
	enter_jdb();

	/*购买捷多邦的0805电容*/
	bug_jdb_capacity("0603");

   return 0;
}

void login_website(char *str)
{
	printf("欢迎登录:%s!\n",str);
}
void enter_jlc()
{
	printf("进入嘉立创旗舰店\n");
}
void bug_jlc_capacity(char *str)
{
	printf("购买嘉立创电容:%s\n",str);
}
void enter_jdb()
{
	printf("进入捷多邦旗舰店\n");
}
void bug_jdb_capacity(char *str)
{
	printf("购买捷多邦电容:%s\n",str);
}

代码可以直接复制粘贴在菜鸟 C 在线工具运行中查看运行结果。结果如下:

欢迎登录:www.taobao.com!
进入嘉立创旗舰店
购买嘉立创电容:0805
进入捷多邦旗舰店
购买捷多邦电容:0603

大家不要笑，确实每一位嵌入式软件工程师刚入门时都会写这样的代码。从程序功能来看，确实满足了老大的要求，去不同的店商家购买回来了不同的物料。

但是你有没有想过，如果 boss 明天让你先去捷多邦再去嘉立创呢？又或者是让你去其他的商城、买更多其他的物料呢?

是不是每次进去不同的商城都要新添加一个函数来实现呢?而在每个不同商城购买物料也要新添加一个函数来实现?这样用不了多久，你很快就会被你的程序搞的焦头烂额。

二 、解决方案

怎么解决问题?先仔细观察一下 boss 的需求，这里面有两个行为是重复的，分别是进去商城和在商城购物，那么我们就应该把它提取出来作为一个抽象类接口。抽象类通常是面向对象语言的叫法，在 C 语言里面，类一般可以用结构体来替代，接口一般用函数指针来替代。抽象类接口可以理解为只有函数指针的结构体。

因此这里把它抽象为:

typedef struct shop_interface
{
  void (*enter)();/*进入商城*/
  void (*buy)(const char *str);/*购买物料*/
}SHOP_INSTERFACE,*pSHOP_INSTERFACE;

嘉立创和捷多邦同样作为一个商城,进入和购买等基本功能必须是要有的。因此让它们俩继承这个接口类，是理所当然的。

/*嘉立创商城*/
struct jlc
{
  SHOP_INSTERFACE jlc_interface;
  /*可扩展其他私有属性*/
}

/*捷多邦商城*/
struct jdb
{
  SHOP_INSTERFACE jdb_interface;
  /*可扩展其他私有属性*/
}

我们希望的是主程序像个顾客一样。顾客只关心商城能提供哪些服务，它不关心服务是怎么实现的。同样的，我们也不希望主程序受到太多业务细节的干扰，主程序应该要专注于业务逻辑。

因此主程序关心的是与业务逻辑紧密联系的接口(抽象类接口)，而这些接口一定是业务和细节分离的，那么如果让接口做到业务和细节分离?请看下面的factory()函数。

pSHOP_INSTERFACE factory(const char *str)
{
  if("jlc" == str)
  {
    struct jlc *jlc_shop = (struct jlc*)malloc(sizeof(struct jlc));
    /*实例化接口*/
    ((pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop)->enter = enter_jlc;
    ((pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop)->buy = bug_jlc_capacity;
    return (pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop;
  }
  else if("jdb" == str)
  {
    struct jdb *jdb_shop = (struct jdb*)malloc(sizeof(struct jdb));
    /*实例化接口*/
    ((SHOP_INSTERFACE*)jdb_shop)->enter = enter_jdb;
    ((SHOP_INSTERFACE*)jdb_shop)->buy = bug_jdb_capacity;
    return (pSHOP_INSTERFACE)jdb_shop;
  }
}

可以看到，抽象类接口的实例化都全部在factory()函数中完成了。主程序只要设置指定的参数，就能通过这个factory()函数来获得自己真正想要的接口。

再看看改造后的主程序

int main(void) {
    
    pSHOP_INSTERFACE shop;
    
    /* 登录淘宝网 */
    login_website("www.taobao.com");
    
    shop = factory("jlc");
    /*进入嘉立创旗舰店*/
    shop->enter();
    /*购买嘉立创的0805电容*/
    shop->buy("0805");
    
    shop = factory("jdb");
    /*进入捷多邦旗舰店*/
    shop->enter();
    /*购买捷多邦的0603电容*/
    shop->buy("0603");
    
	  return 0;
}

该程序的运行结果:

欢迎登录:www.taobao.com!
进入嘉立创旗舰店
购买嘉立创电容:0805
进入捷多邦旗舰店
购买捷多邦电容:0603

主程序功能不变，但是没有了任何的实现细节，完全专注于业务逻辑。业务与细节彼此间相互不影响，提高了程序的可维护性和可扩展性。

这就是简单工厂模式在C语言中实现的一个案例。尽管它实现业务和细节的分离，但是它依然还有明显的缺陷，那就是工厂函数factory()里面不可避免会出现if/else、switch/case等判断语句，使得每加入一家新的商城时，都要去修改这个函数，违背了开放-封闭原则(开放封闭原则是指模块接受扩展功能的代码，同时模块不应该修改它的源代码)。

这个问题留到下一章的"工厂方法模式"来解决。

改进版的代码源码如下，可以直接复制粘贴在菜鸟 C 在线工具运行中查看运行结果

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
 
 /* 抽象类接口   */
typedef struct shop_interface
{
  void (*enter)();/*进入商城*/
  void (*buy)(const char *str);/*购买物料*/
}SHOP_INSTERFACE,*pSHOP_INSTERFACE;

/*嘉立创商城*/
 struct jlc
{
  SHOP_INSTERFACE jlc_interface;
  /*可扩展其他私有属性*/
};

/*捷多邦商城*/
struct jdb
{
  SHOP_INSTERFACE jdb_interface;
  /*可扩展其他私有属性*/
};
void login_website(const char *str);
void enter_jlc();
void bug_jlc_capacity(const char *str);
void enter_jdb();
void bug_jdb_capacity(const char *str);
pSHOP_INSTERFACE factory(const char *str);

int main(void) {
    
    pSHOP_INSTERFACE shop;
    
    /* 登录淘宝网 */
	login_website("www.taobao.com");
    
    shop = factory("jlc");
    shop->enter();
    shop->buy("0805");
    
    shop = factory("jdb");
    shop->enter();
    shop->buy("0603");
    
	return 0;
}

void login_website(const char *str)
{
	printf("欢迎登录:%s!\n",str);
}
void enter_jlc()
{
	printf("进入嘉立创旗舰店\n");
}
void bug_jlc_capacity(const char *str)
{
	printf("购买嘉立创电容:%s\n",str);
}
void enter_jdb()
{
	printf("进入捷多邦旗舰店\n");
}
void bug_jdb_capacity(const char *str)
{
	printf("购买捷多邦电容:%s\n",str);
}


pSHOP_INSTERFACE factory(const char *str)
{
  if("jlc" == str)
  {
    struct jlc *jlc_shop = (struct jlc*)malloc(sizeof(struct jlc));
    /*实例化接口*/
    ((pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop)->enter = enter_jlc;
    ((pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop)->buy = bug_jlc_capacity;

    return (pSHOP_INSTERFACE)jlc_shop;
  }
  else if("jdb" == str)
  {
    struct jdb *jdb_shop = (struct jdb*)malloc(sizeof(struct jdb));
    /*实例化接口*/
    ((SHOP_INSTERFACE*)jdb_shop)->enter = enter_jdb;
    ((SHOP_INSTERFACE*)jdb_shop)->buy = bug_jdb_capacity;

    return (pSHOP_INSTERFACE)jdb_shop;
  }
}