一、简单工厂模式

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。

通过一个工厂类封装对象的创建逻辑，根据输入参数动态实例化具体产品类，实现创建与使用的解耦。

在嵌入式系统中，该模式尤其适用于：

• 多硬件驱动兼容
• 资源受限场景
• 跨平台适配

简单工程模式核心结构包含如下部分：

• 工厂类：负责实现创建所有实例的内部逻辑。
• 抽象产品接口：所创建的所有对象的父类，负责描述所有实例所共有的公共接口。
• 具体产品类：所有创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例。

二、嵌入式应用案例

1、LCD工厂框图

• 工厂类：根据传入的型号参数创建对应的LCD驱动实例。
• 抽象产品接口：LCD驱动接口（包含初始化、写命令、写数据等方法）。
• 具体产品类：不同型号的LCD驱动（例如ST7789Driver, ILI9341Driver）。

2、代码实现

UML类图：

嵌入式设备需支持多种LCD屏幕（如ST7789、ILI9341），其初始化、写命令等底层驱动差异大，但上层应用需统一调用接口。

代码实现：

C语言：

typedef enum{ 
    LCD_ST7789, 
    LCD_ILI9341
} LCD_Type;

// 抽象产品：LCD操作接口
typedef struct {
    void (*Init)(void);
    void (*WriteCommand)(uint8_t cmd);
    void (*DisplayText)(const char *text);
    void (*Clear)(void);
} LCD_Driver;

// 具体产品：ST7789驱动
void ST7789_Init(void){}
void ST7789_WriteCommand(uint8_t cmd){}
void ST7789_DisplayText(const char *text){}
void ST7789_Clear(void){}
LCD_Driver ST7789_Driver = {
    ST7789_Init, 
    ST7789_WriteCommand,
    ST7789_DisplayText,
    ST7789_Clear,
};

// 具体产品：ILI9341驱动
void ILI9341_Init(void){}
void ILI9341_WriteCommand(uint8_t cmd){}
void ILI9341_DisplayText(const char *text){}
void ILI9341_Clear(void){}
LCD_Driver ILI9341_Driver = {
    ILI9341_Init, 
    ILI9341_WriteCommand,
    ILI9341_DisplayText,
    ILI9341_Clear,
};

// 工厂类：根据屏幕类型返回驱动实例（此处屏蔽不用）
//typedef struct {
//    void (*Create)(LCD_Type type);
//} LCD_Factory;

LCD_Driver* LCD_Factory_Create(LCD_Type type) {
    switch (type) {
        case LCD_ST7789: return &ST7789_Driver;
        case LCD_ILI9341: return &ILI9341_Driver;
        default: return NULL;
    }
}

C++：

// 抽象产品类：LCD操作接口
class LCD_Driver {
public:
    virtual void Init() = 0;
    virtual void WriteCommand(uint8_t cmd) = 0;
    virtual void DisplayText(const char *text) = 0;
    virtual void Clear() = 0;
    
    virtual ~LCD_Driver() {}
};

// 具体产品类：ST7789驱动
class ST7789_Driver : public LCD_Driver {
public:
    void Init() override;
    void WriteCommand(uint8_t cmd) override;
    void DisplayText(const char *text) override;
    void Clear() override;
};
void ST7789_Driver::Init() {}
void ST7789_Driver::WriteCommand(uint8_t cmd) {}
void ST7789_Driver::DisplayText(const char *text) {}
void ST7789_Driver::Clear() {}

// 具体产品类：ILI9341驱动
class ILI9341_Driver : public LCD_Driver {
public:
    void Init() override;
    void WriteCommand(uint8_t cmd) override;
    void DisplayText(const char *text) override;
    void Clear() override;
};

void ILI9341_Driver::Init() {}
void ILI9341_Driver::WriteCommand(uint8_t cmd) {}
void ILI9341_Driver::DisplayText(const char *text) {}
void ILI9341_Driver::Clear() {}

// 工厂类
class LCD_Factory {
public:
    enum LCD_Type { LCD_ST7789, LCD_ILI9341 };
    
    // 创建LCD驱动实例
    static LCD_Driver* Create(LCD_Type type) {
        switch (type) {
            case LCD_ST7789: 
                return new ST7789_Driver();
            case LCD_ILI9341: 
                return new ILI9341_Driver();
            default: 
                return nullptr;
        }
    }
};

调用示例：

LCD_Driver *lcd = LCD_Factory_Create(LCD_ST7789);
lcd->Init();

3、优缺点

优点：

（1）更换LCD只需改一行代码：

// 从ST7789切换到ILI9341
LCD_Driver *lcd = LCD_Factory_Create(LCD_ILI9341);

（2）统一操作接口：

// 无论什么型号的LCD，调用方式相同
lcd->DisplayText("Temp: 25.5C");
lcd->Clear();

（3）方便扩展新LCD型号：

// 具体产品：xxx驱动
void xxx_Init(void){}
void xxx_WriteCommand(uint8_t cmd){}
void xxx_DisplayText(const char *text){}
void xxx_Clear(void){}
LCD_Driver xxx_Driver = {
    xxx_Init, 
    xxx_WriteCommand,
    xxx_DisplayText,
    xxx_Clear,
};

缺点：

（1）违反开闭原则：新增驱动需修改工厂

LCD_Driver* LCD_Factory_Create(uint8_t type) {
    switch (type) {
        case LCD_ST7789: return &ST7789_Driver;
        case LCD_ILI9341: return &ILI9341_Driver;
        // 新增驱动必须修改此处 ↓
        case LCD_XXX: return &XXX_Driver;
        default: return NULL;
    }
}

每次新增LCD型号都需要修改工厂函数，违反"对扩展开放，对修改关闭"原则。在固件升级时可能引入风险。

（2）工厂职责过重：集中所有创建逻辑

LCD_Driver* LCD_Factory_Create(uint8_t type) {
    switch (type) {
        case LCD_ST7789: return &ST7789_Driver;
        case LCD_ILI9341: return &ILI9341_Driver;
        // 可能还有数十种驱动
        default: return NULL;
    }
}

当支持10+种LCD时，函数变得臃肿；编译后代码体积增大。

三、嵌入式场景适用性总结

简单工厂模式的要点在于：当我们需要什么，只需要向工厂传入一个正确的参数，就可以获取我们所需要的产品实例，而无须知道其创建细节。