设计模式之抽象工厂模式（学习笔记）

定义

抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供一个接口，用于创建一系列相关或依赖的对象，而无需指定它们的具体类。抽象工厂模式将对象的创建过程抽象化，允许子类通过实现具体工厂类来定制对象的创建。

为什么使用抽象工厂模式

产品族的一致性

• 抽象工厂模式确保同一产品族中的对象之间的一致性。

部分遵循开闭原则

• 可以通过添加新的具体工厂类来扩展新的产品族，而不需要修改现有代码，符合开闭原则。
• 增加新的产品类型时，需要修改抽象工厂接口及其所有具体实现，不完全符合开闭原则。

隐藏对象创建细节

• 抽象工厂模式将具体产品的创建过程隐藏起来，客户端只需要使用工厂提供的接口来获取对象。

实现步骤

定义抽象产品类

• 定义所有具体产品类的共同接口，客户端将通过这个接口来使用具体产品。

实现具体产品类

• 实现产品接口的具体产品类，这些类包含了产品的实际业务逻辑。

定义抽象工厂类

• 定义一个抽象工厂类，包含用于创建一系列相关或依赖对象的抽象方法，子类将实现这些方法来创建具体产品对象。

实现具体工厂类

• 继承抽象工厂类并实现其抽象方法，具体工厂类负责创建具体产品对象。

优缺点和适用场景

优点

产品族的一致性

• 确保同一产品族中的对象之间的一致性。

部分符合开闭原则

• 可以通过添加新的具体工厂类来扩展新的产品族，符合开闭原则。

隐藏对象创建细节

• 客户端无需知道具体产品的创建过程，只需要通过工厂接口获取对象。

缺点

增加系统复杂性

• 引入了更多的类，增加了系统的复杂性。

不完全符合开闭原则

• 增加新的产品类型时，需要修改抽象工厂接口及其所有具体实现，不完全符合开闭原则。

适用场景

系统需要创建一系列相关或依赖的对象

• 当系统需要创建一系列相关或依赖的对象，并且确保这些对象之间的一致性时，适合使用抽象工厂模式。

产品族扩展

• 当系统需要通过增加新的产品族来扩展功能，而不需要修改现有代码时，适合使用抽象工厂模式。

简单工厂模式、工厂方法模式与抽象工厂模式的比较

|----------|-----------------|-----------------|---------------|
| 特性 | 简单工厂模式 | 工厂方法模式 | 抽象工厂模式 |
| 创建对象的职责 | 单一工厂类负责所有产品创建 | 子类决定创建具体对象 | 子类决定创建一系列相关对象 |
| 遵循开闭原则 | 不符合，增加新产品需修改工厂类 | 符合，增加新产品无需修改工厂类 | 部分符合，增加产品族符合 |
| 系统复杂性 | 较低 | 中等 | 较高 |
| 产品族一致性支持 | 不支持 | 不支持 | 支持 |

咖啡店的例子

我们可以使用抽象工厂模式来实现一个咖啡店系统，该系统可以创建不同种类的咖啡及其配套的杯子和勺子。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>


// 抽象产品类：咖啡
class Coffee {
public:
    virtual ~Coffee() {}
    virtual std::string getDescription() const = 0;
    virtual double cost() const = 0;
};


// 具体产品类：美式咖啡
class Americano : public Coffee {
public:
    std::string getDescription() const override {
        return "Americano";
    }
    double cost() const override {
        return 5.0;
    }
};


// 抽象产品类：咖啡杯
class CoffeeCup {
public:
    virtual ~CoffeeCup() {}
    virtual std::string getDescription() const = 0;
};


// 具体产品类：美式咖啡杯
class AmericanoCup : public CoffeeCup {
public:
    std::string getDescription() const override {
        return "Americano Cup";
    }
};


// 抽象产品类：咖啡勺
class CoffeeSpoon {
public:
    virtual ~CoffeeSpoon() {}
    virtual std::string getDescription() const = 0;
};


// 具体产品类：美式咖啡勺
class AmericanoSpoon : public CoffeeSpoon {
public:
    std::string getDescription() const override {
        return "Americano Spoon";
    }
};


// 抽象工厂类
class CoffeeFactory {
public:
    virtual ~CoffeeFactory() {}
    virtual std::shared_ptr<Coffee> createCoffee() const = 0;
    virtual std::shared_ptr<CoffeeCup> createCoffeeCup() const = 0;
    virtual std::shared_ptr<CoffeeSpoon> createCoffeeSpoon() const = 0;
};


// 具体工厂类：美式咖啡工厂
class AmericanoFactory : public CoffeeFactory {
public:
    std::shared_ptr<Coffee> createCoffee() const override {
        return std::make_shared<Americano>();
    }
    std::shared_ptr<CoffeeCup> createCoffeeCup() const override {
        return std::make_shared<AmericanoCup>();
    }
    std::shared_ptr<CoffeeSpoon> createCoffeeSpoon() const override {
        return std::make_shared<AmericanoSpoon>();
    }
};


int main() {
    // 创建美式咖啡及其配套杯子和勺子
    std::shared_ptr<CoffeeFactory> americanoFactory = std::make_shared<AmericanoFactory>();
    std::shared_ptr<Coffee> americano = americanoFactory->createCoffee();
    std::shared_ptr<CoffeeCup> americanoCup = americanoFactory->createCoffeeCup();
    std::shared_ptr<CoffeeSpoon> americanoSpoon = americanoFactory->createCoffeeSpoon();


    std::cout << "Coffee: " << americano->getDescription() << ", Cost: " << americano->cost() << std::endl;
    std::cout << "Cup: " << americanoCup->getDescription() << std::endl;
    std::cout << "Spoon: " << americanoSpoon->getDescription() << std::endl;


    return 0;
}