C++设计模式之创建型模式：抽象工厂模式（Abstract Factory）

以下是针对C++03标准的抽象工厂模式（Abstract Factory）的详细讲解，包含模式原理、C++03适配实现、代码示例及使用说明，适合需要兼容旧标准的开发场景。

一、抽象工厂模式基础（C++03语境）

抽象工厂模式是创建型模式的重要成员，专注于一系列相互关联的产品族创建。在C++03环境中，虽然缺少智能指针和现代语法，但通过原始指针、虚函数和类继承，依然能完整实现其核心功能：

核心目标：提供一个接口，用于创建多个产品族中的产品，且客户端无需知道具体产品的类型。
典型场景：跨平台开发（如Windows/Linux组件）、数据库驱动套件（如MySQL/Oracle连接+命令对象）等需要配套产品的场景。

二、C++03中的核心角色实现

抽象工厂模式包含4个核心角色，在C++03中通过类层次结构实现：

角色	定义与实现要点（C++03）
抽象产品（Abstract Product）	纯虚类，定义某类产品的接口（如按钮、文本框），包含纯虚方法和虚析构函数（避免析构泄漏）。
具体产品（Concrete Product）	继承抽象产品，实现具体功能（如Windows按钮），重写虚函数时无需`override`关键字。
抽象工厂（Abstract Factory）	纯虚类，声明创建各抽象产品的工厂方法（如`createButton()`），返回抽象产品指针。
具体工厂（Concrete Factory）	继承抽象工厂，实现工厂方法，通过`new`创建并返回具体产品指针（需客户端手动管理内存）。

三、完整代码实现（C++03）

以"数据库访问组件"为例，实现支持MySQL和Oracle的"连接"与"命令"产品族：

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>

// 1. 抽象产品A：数据库连接
class DBConnection {
public:
    virtual void connect() const = 0;       // 连接数据库
    virtual void disconnect() const = 0;    // 断开连接
    virtual ~DBConnection() {}              // 虚析构函数
};

// 1. 抽象产品B：数据库命令
class DBCommand {
public:
    virtual void execute(const std::string& sql) const = 0;  // 执行SQL
    virtual ~DBCommand() {}
};

// 2. 具体产品A1：MySQL连接
class MySQLConnection : public DBConnection {
public:
    void connect() const {
        std::cout << "MySQL: 连接到数据库服务器" << std::endl;
    }
    void disconnect() const {
        std::cout << "MySQL: 断开数据库连接" << std::endl;
    }
};

// 2. 具体产品B1：MySQL命令
class MySQLCommand : public DBCommand {
public:
    void execute(const std::string& sql) const {
        std::cout << "MySQL: 执行SQL -> " << sql << std::endl;
    }
};

// 2. 具体产品A2：Oracle连接
class OracleConnection : public DBConnection {
public:
    void connect() const {
        std::cout << "Oracle: 连接到数据库服务器" << std::endl;
    }
    void disconnect() const {
        std::cout << "Oracle: 断开数据库连接" << std::endl;
    }
};

// 2. 具体产品B2：Oracle命令
class OracleCommand : public DBCommand {
public:
    void execute(const std::string& sql) const {
        std::cout << "Oracle: 执行SQL -> " << sql << std::endl;
    }
};

// 3. 抽象工厂：数据库组件工厂
class DBFactory {
public:
    virtual DBConnection* createConnection() const = 0;  // 创建连接
    virtual DBCommand* createCommand() const = 0;        // 创建命令
    virtual ~DBFactory() {}
};

// 4. 具体工厂1：MySQL工厂
class MySQLFactory : public DBFactory {
public:
    DBConnection* createConnection() const {
        return new MySQLConnection();  // C++03用new创建，返回原始指针
    }
    DBCommand* createCommand() const {
        return new MySQLCommand();
    }
};

// 4. 具体工厂2：Oracle工厂
class OracleFactory : public DBFactory {
public:
    DBConnection* createConnection() const {
        return new OracleConnection();
    }
    DBCommand* createCommand() const {
        return new OracleCommand();
    }
};

// 客户端：使用数据库组件
class DataAccess {
private:
    DBFactory* factory;
    DBConnection* conn;
    DBCommand* cmd;

public:
    // 构造函数：接收具体工厂
    DataAccess(DBFactory* f) : factory(f), conn(0), cmd(0) {
        conn = factory->createConnection();
        cmd = factory->createCommand();
    }

    // 析构函数：手动释放内存（C++03关键步骤）
    ~DataAccess() {
        delete cmd;
        delete conn;
        // 工厂由外部管理，此处不删除
    }

    // 业务方法：执行数据库操作
    void doOperation() const {
        conn->connect();
        cmd->execute("SELECT * FROM users");
        conn->disconnect();
    }
};

// 演示代码
int main() {
    // 场景1：使用MySQL
    std::cout << "=== MySQL操作 ===" << std::endl;
    MySQLFactory mysqlFactory;
    DataAccess mysqlAccess(&mysqlFactory);
    mysqlAccess.doOperation();

    // 场景2：使用Oracle
    std::cout << "\n=== Oracle操作 ===" << std::endl;
    OracleFactory oracleFactory;
    DataAccess oracleAccess(&oracleFactory);
    oracleAccess.doOperation();

    return 0;
}

四、C++03实现细节说明

内存管理策略
- C++03没有智能指针，必须显式使用new创建对象，并用delete释放（如DataAccess析构函数中释放conn和cmd）。
- 工厂对象建议使用栈分配（如MySQLFactory mysqlFactory），避免动态内存管理复杂度过高。
- 严格遵循"谁创建谁释放"原则：DataAccess创建产品，因此负责释放；工厂由外部传入，不负责释放。
多态保障
- 所有抽象类（如DBConnection）必须定义虚析构函数，否则删除子类对象时可能只调用基类析构函数，导致内存泄漏。
- 子类重写虚函数时，函数签名（参数、返回值、const属性）必须与基类完全一致（C++03无override检查，需手动保证）。
产品族兼容性
- 同一具体工厂创建的产品（如MySQLFactory的MySQLConnection和MySQLCommand）天然兼容，确保数据库操作正常协同。
- 切换数据库类型时，只需替换具体工厂（如OracleFactory），客户端代码（DataAccess）无需修改，符合开闭原则。

五、C++03环境下的优缺点

优点

隔离具体实现 ：客户端代码（如DataAccess）仅依赖抽象接口，与MySQLConnection等具体类解耦。
产品族一致性：确保同一工厂的产品可正确协作（如MySQL连接只能搭配MySQL命令）。
便于扩展产品族 ：新增数据库（如PostgreSQL）时，只需添加PostgreSQLFactory及对应产品，无需修改现有代码。

缺点（C++03特有）

内存管理复杂 ：需手动delete对象，易出现泄漏或二次释放问题（可通过工厂模式+单例模式优化）。
类数量膨胀：每增加一个产品族或产品类型，需新增多个类（如3个数据库×2个产品=6个具体产品类+3个工厂类）。
扩展新产品类型困难 ：若需新增产品（如DBReader），需修改抽象工厂接口及所有具体工厂，违反开闭原则。

六、使用建议（C++03项目）

适合场景：产品族稳定（新增产品族频繁，但新增产品类型少）的项目，如跨平台组件库、数据库驱动套件。
内存优化 ：可将具体工厂设计为单例（避免重复创建），产品对象可考虑对象池模式（减少new/delete开销）。
与工厂方法结合 ：若需新增产品类型（如DBReader），可在具体工厂中用工厂方法模式实现该产品的创建，降低修改成本。

总结

在C++03中实现抽象工厂模式，虽然需要手动管理内存和注意多态细节，但其核心价值------封装产品族创建、保证组件兼容性、简化客户端使用------依然显著。对于需要兼容旧标准且涉及多组关联产品创建的场景，这是一种可靠的设计选择。