【设计模式】抽象工厂模式(含与工厂方法模式的对比)

本期我们来学习一下设计模式之抽象工厂模式,在软件开发中,工厂模式抽象工厂模式 都用于创建对象,但它们的应用场景和实现方式有所不同。本文将基于 C++ 代码,分析抽象工厂模式的实现,并对比其与工厂方法模式的区别。


1. 抽象工厂模式简介

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)创建型设计模式 ,用于创建一系列相关或相互依赖的对象,而无需指定其具体类。它提供了一个接口,允许客户端通过工厂方法创建不同类型的对象,而无需关心具体实现。

适用场景

  • 当系统需要创建一系列相关的产品(例如同一风格的桌子和椅子)。
  • 希望确保不同产品之间的兼容性(即,现代风格的桌子应当搭配现代风格的椅子)。
  • 隐藏对象创建的细节,并遵循开放封闭原则

2. 代码分析:抽象工厂模式

我们先看一下接下来实现的示例代码UML图:

(1) 产品接口

我们定义了**椅子(Chair)桌子(Desk)**两个产品接口,并为它们的不同风格(现代、维多利亚)提供具体实现。

cpp 复制代码
class Chair {
public:
  virtual ~Chair() {}
  virtual std::string SitOn() const = 0; // 坐在椅子上的行为
};

class ModernChair : public Chair {
public:
  std::string SitOn() const override {
    return "Sitting on a modern chair.";
  }
};

class VictorianChair : public Chair {
public:
  std::string SitOn() const override {
    return "Sitting on a Victorian chair.";
  }
};

类似地,我们定义了**桌子(Desk)**接口:

cpp 复制代码
class Desk {
public:
  virtual ~Desk() {}
  virtual std::string WorkOn() const = 0; // 在桌子上工作的行为
  virtual std::string PairWithChair(const Chair &collaborator) const = 0; // 桌子与椅子配对
};

每种桌子都可以与同风格的椅子进行搭配:

cpp 复制代码
class ModernDesk : public Desk {
public:
  std::string WorkOn() const override {
    return "Working on a modern desk.";
  }
  std::string PairWithChair(const Chair &collaborator) const override {
    return "Pairing modern desk with ( " + collaborator.SitOn() + " )";
  }
};

(2) 抽象工厂接口

cpp 复制代码
class AbstractFactory {
public:
  virtual Chair *CreateChair() const = 0;
  virtual Desk *CreateDesk() const = 0;
  virtual ~AbstractFactory() {}
};

这个接口定义了创建相关产品的方法。

(3) 具体工厂

具体工厂负责生产特定风格的家具:

cpp 复制代码
class ModernFurnitureFactory : public AbstractFactory {
public:
  Chair *CreateChair() const override {
    return new ModernChair();
  }
  Desk *CreateDesk() const override {
    return new ModernDesk();
  }
};
cpp 复制代码
class VictorianFurnitureFactory : public AbstractFactory {
public:
  Chair *CreateChair() const override {
    return new VictorianChair();
  }
  Desk *CreateDesk() const override {
    return new VictorianDesk();
  }
};

每个工厂都会创建一组相关联的对象(现代风格 or 维多利亚风格)。

(4) 客户端代码

cpp 复制代码
void ClientCode(const AbstractFactory &factory) {
  const Chair *chair = factory.CreateChair();
  const Desk *desk = factory.CreateDesk();
  std::cout << desk->WorkOn() << "\n";
  std::cout << desk->PairWithChair(*chair) << "\n";
  delete chair;
  delete desk;
}

客户端只与抽象工厂接口交互,而不需要知道具体的工厂实现。

cpp 复制代码
int main() {
  ModernFurnitureFactory *f1 = new ModernFurnitureFactory();
  ClientCode(*f1);
  delete f1;

  VictorianFurnitureFactory *f2 = new VictorianFurnitureFactory();
  ClientCode(*f2);
  delete f2;
  return 0;
}

运行结果:

复制代码
Client: Testing client code with the first factory type:
Working on a modern desk.
Pairing modern desk with ( Sitting on a modern chair. )

Client: Testing the same client code with the second factory type:
Working on a Victorian desk.
Pairing Victorian desk with ( Sitting on a Victorian chair. )

3. 抽象工厂模式 vs. 工厂方法模式

比较项 抽象工厂模式 工厂方法模式
主要作用 创建一系列相关对象 仅创建单一对象
产品数量 多个相关的产品(如桌子 + 椅子) 单个产品
抽象程度 提供多个工厂方法 仅提供一个工厂方法
耦合性 低,所有产品都由一个工厂创建,保证兼容性 低,但每个产品类型需要一个工厂
适用场景 需要确保产品之间的兼容性,例如 UI 组件 仅创建某种特定类型的对象

示例代码对比

工厂方法模式

cpp 复制代码
class ChairFactory {
public:
  static Chair* CreateChair() {
    return new ModernChair(); // 或者 VictorianChair
  }
};

工厂方法模式 中,每个工厂只负责创建一个对象,而不是一组相关的对象。

抽象工厂模式

cpp 复制代码
class AbstractFactory {
public:
  virtual Chair *CreateChair() const = 0;
  virtual Desk *CreateDesk() const = 0;
};

抽象工厂模式中,一个工厂负责创建一组产品(例如:现代风格的桌子 + 现代风格的椅子)。


4. 什么时候使用抽象工厂模式?

当多个产品需要搭配使用时

  • 例如 GUI 库中,需要同时创建Windows 风格的按钮、窗口 ,或者Mac 风格的按钮、窗口

希望减少依赖并保持代码的可扩展性

  • 未来如果要新增 "复古风格家具",只需创建新的 RetroFurnitureFactory,无需修改原有代码。

保证产品之间的兼容性

  • 例如,现代椅子只能搭配现代桌子,而不能搭配维多利亚桌子。

5. 总结

  • 工厂方法模式 只创建单一产品 ,而 抽象工厂模式 可以创建一组相关产品
  • 抽象工厂模式的优势 在于确保产品之间的兼容性,并降低客户端对具体类的依赖。
  • 适用于需要生产一系列相关对象的场景,例如 GUI 组件、数据库驱动等。

如果你的需求仅是创建单个对象 ,可以使用工厂方法模式

如果你的需求是创建多个相互关联的对象 ,建议使用抽象工厂模式

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