3D几何库解耦Creator类API设计咨询：适配多签名构造

我开发了一个3D几何库，包含Point、Vector、Axis、LinePiece、Plane等类，所有类均继承自GeometryObject类：

class Point : public GeometryObject;
class Vector : public GeometryObject;
class Axis : public GeometryObject;
class LinePiece : public GeometryObject;
class Plane : public GeometryObject;

构造函数设计 #

每个类都有多个构造函数，示例如下：

Point::Point(){}
Point::Point(std::array<double, 3> theCoords){}
Vector::Vector(std::array<double, 3> theComponents){}
Axis::Axis(const Point& thePoint1, const Point& thePoint2){}
Axis::Axis(const Point& thePassingPoint, const Vector& theDirectionVector){}
Plane::Plane(const Point& thePoint1, const Point& thePoint2, const Point& thePoint3){}
Plane::Plane(const Point& thePassingPoint, const Vector& theNormalVector){}

可以看到，各构造函数签名不同，仅Point类拥有默认构造函数。

注：仅Point类保留默认构造函数是出于物理合理性考虑——比如Vector不能全为零分量；若给其他类设置默认值（比如Plane默认设为全局坐标系xy平面），会依赖用户未知的Point和Vector对象，设计不佳；若设置默认构造函数生成不完整对象，则违反RAII原则。

当前API的问题 #

当前库没有统一API，用户需要按需引入各几何对象的头文件才能使用，示例代码如下：

#include<cs.hxx>
#include<Point2D.hxx>
#include<Point3D.hxx>
#include<Vector2D.hxx>
#include<Vector3D.hxx>
#include<Axis.hxx>
#include<LinePiece.hxx>
#include<Circle.hxx>
#include<Plane.hxx>

int main()
{
    Point3D point1 { Point3D(std::array<double, 3>{ 11., 12., 13. }) };
    // Other objects
}

期望的统一API #

我希望通过统一接口访问库，若使用Creator类，用户代码可简化为：

#include<Creator.hxx>

int main()
{
    Point3D point1 { Creator::createPoint3D(std::array<double, 3>{ 11., 12., 13. }) };

    // OR with a builder for example
    Builder builder = Builder("Point3D", std::array<double, 3>{ 11., 12., 13. }); // Just an example
    GeometryObject point2 { Creator::create(builder) };
    
    // Other objects
}

因此我计划创建一个Creator类作为库的统一API，拟采用静态创建函数简化实现，具体设计依赖于创建型设计模式（如抽象工厂、工厂方法、建造者等）。

Creator类的初步定义有两种思路：
第一种：

class Creator {
    static GeometryObject create(...);
}

第二种：

class Builder {
    Builder(...);
}

class Creator2 {
    static GeometryObject create(const Builder&);
}

现有方案的耦合痛点 #

直接的解决方案是为每个构造函数创建对应的静态成员函数，示例如下：

class Creator {
    static Axis createAxis(const Point& thePoint1, const Point& thePoint2);
    static Axis createAxis(const Point& thePassingPoint, const Vector& theDirectionVector);
}

但这种实现会导致Creator类与库实现强耦合——库的任何变更（如新增构造函数）都需同步修改Creator类。我研究过抽象工厂、工厂方法和建造者模式，理解Creator类应独立于待创建类的定义，但无法解决构造函数签名各异的问题。

• 采用创建型模式作为统一API是否合理？
• 如何构建与几何库实现解耦的Creator类？
• 应选用哪种设计模式？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Baris