抽象工厂模式

一.意图

抽象工厂是一种创造性设计模式，允许你生成相关对象的族，而无需指定具体类别。

在软件系统中，经常面临着"一系列相互依赖的对象"的创建工作；同时，由于需求的变化，往往存在更多系列对象的创建工作。

提供一个接口，让该接口负责创建一系列"相关或者相互依赖的对象"，无需指定它们具体的类。------《设计模式》GoF

二.问题

想象你正在创建一个家具店模拟器。你的代码由代表以下类型的类组成：

1. 一组相关产品，比如：Chair+ Sofa+ CoffeeTable。

2. 该家族的多个变体。例如，以下变体中有 Chair+ Sofa+ CoffeeTable 的乘积：Modern，Victorian ，ArtDeco ，

你需要一种方法来创建单个家具物件，使它们能与同类物品匹配。顾客收到不匹配的家具时会非常生气。

另外，添加新产品或产品系列时，你不应该更改现有代码。家具供应商经常更新目录，你不想每次都更改核心代码。

三.解决方案

抽象工厂模式首先建议为产品系列中的每个不同产品（如椅子、沙发或咖啡桌）明确声明接口。然后你可以让所有产品变体都遵循这些接口。例如，所有椅子变体都可以实现该接口;所有咖啡桌变体都能实现该接口，依此类推。

下一步是声明抽象工厂 ------一个接口，包含所有属于产品家族的产品（例如createChair，createSofa和createCoffeeTable）的创建方法列表。这些方法必须返回由我们之前提取的接口所代表的抽象产品类型：Chair、Sofa、CoffeeTable等等

那么，产品变体呢？对于产品家族的每个变体，我们基于接口创建一个独立的工厂类。工厂是返回特定类型产品的类。

客户端代码必须通过工厂和产品各自的抽象接口工作。这样你可以更改传递给客户端代码的工厂类型，以及客户端代码接收的产品变体，而不破坏实际客户端代码。

假设客户想要一家工厂来生产椅子。客户不必知道工厂的等级，也不管买什么椅子。无论是现代型还是维多利亚风格的椅子，客户都必须以相同的方式对待所有椅子，使用抽象界面。通过这种方法，客户对椅子唯一知道的就是它以某种方式实现了该方法。此外，无论退回哪种椅子，它都会与同一工厂生产的沙发或咖啡桌类型相匹配。

还有一点需要澄清：如果客户端只暴露在抽象界面上，实际的工厂对象是由什么创建的？通常，应用程序在初始化阶段创建一个具体的工厂对象。在此之前，应用必须根据配置或环境设置选择出厂类型。

四.模式结构

五.适合应用场景

1. 当你的代码需要与各种相关产品家族兼容，但又不希望它依赖于这些产品的具体类时，可以使用抽象工厂------这些类别可能事先未知，或者你只是想为未来的扩展性留出空间。

   抽象工厂为你提供了一个界面，用于创建产品家族中每个类别的对象。只要你的代码通过这个界面创建对象，你就不用担心生成与应用已创建产品不匹配的错误变体。

2. 当你有一个包含一组工厂方法、模糊其主要职责的类时，考虑实现抽象工厂。

   在设计良好的项目中，每个班级只负责一件事。当一个类处理多种产品类型时，可能值得将其工厂方法提取成独立的工厂类或完整的抽象工厂实现。

六.实现方式

1. 绘制出不同产品类型与这些产品的变体矩阵。

2. 为所有产品类型声明抽象产品接口。然后让所有具体的产品类实现这些接口。

3. 声明抽象工厂接口，包含一组创建方法，适用于所有抽象产品。

4. 实现一套具体的工厂类，每个产品变体对应一个。

5. 在应用里某个地方创建出厂初始化代码。它应该实例化一个具体工厂类，具体取决于应用配置或当前环境。将这个工厂对象传递给所有构建产品的类。

6. 扫描代码，找到所有直接调用产品构造子。用调用工厂对象上的相应创建方法替换它们。

七.优缺点

1. 优点：

   • 你可以放心，工厂里买到的产品彼此兼容。

   • 你会避免具体产品和客户代码之间的紧密耦合。

   • 单一责任原则。你可以把产品创建代码提取到一个地方，让代码更容易支持。

   • 开闭原则。你可以在不破坏现有客户端代码的情况下引入新的产品变体。

2. 缺点

   • 代码可能会变得比应有的更复杂，因为会随着模式引入许多新的接口和类。

八.与其他模式的关系

• 许多设计从工厂方法开始（简单且通过子职业更可定制），随后逐步发展为抽象工厂、原型或建造者（更灵活但更复杂）。

• Builder 专注于一步步构建复杂物体。Abstract Factory 专注于创建相关对象的族。抽象工厂会立即返回产品，而建造者允许你在取产品前运行一些额外的构建步骤。

• 抽象工厂类通常基于一组工厂方法，但你也可以用Prototype来组合这些类的方法。

• 当你只想隐藏子系统对象的创建方式，Abstract Factory 可以作为 Facade 的替代方案。

• 你可以同时使用抽象工厂和桥。这种配对在桥定义的某些抽象只能对特定实现有效时非常有用。在这种情况下，抽象工厂可以封装这些关系，并向客户端代码隐藏复杂性。

• 抽象工厂、建造者和原型都可以作为单例实现。

九.示例代码

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
​
// ====================== 1. 抽象产品层：定义产品公共接口 ======================
// 抽象产品1：手机
class Phone {
public:
    // 纯虚函数，定义手机的核心功能
    virtual void showBrand() const = 0;
    // 虚析构函数，防止子类内存泄漏
    virtual ~Phone() = default;
};
​
// 抽象产品2：路由器
class Router {
public:
    virtual void showBrand() const = 0;
    virtual ~Router() = default;
};
​
// ====================== 2. 具体产品层：实现抽象产品接口 ======================
// 具体产品：小米手机（属于小米产品族）
class XiaoMiPhone : public Phone {
public:
    void showBrand() const override {
        cout << "我是【小米手机】，属于小米产品族" << endl;
    }
};
​
// 具体产品：小米路由器（属于小米产品族）
class XiaoMiRouter : public Router {
public:
    void showBrand() const override {
        cout << "我是【小米路由器】，属于小米产品族" << endl;
    }
};
​
// 具体产品：华为手机（属于华为产品族）
class HuaWeiPhone : public Phone {
public:
    void showBrand() const override {
        cout << "我是【华为手机】，属于华为产品族" << endl;
    }
};
​
// 具体产品：华为路由器（属于华为产品族）
class HuaWeiRouter : public Router {
public:
    void showBrand() const override {
        cout << "我是【华为路由器】，属于华为产品族" << endl;
    }
};
​
// ====================== 3. 抽象工厂层：声明创建产品族的接口 ======================
// 抽象工厂：电子产品工厂，约定生产【手机+路由器】这一族产品
class ElectronicFactory {
public:
    // 生产手机的抽象方法
    virtual Phone* createPhone() const = 0;
    // 生产路由器的抽象方法
    virtual Router* createRouter() const = 0;
    // 虚析构函数
    virtual ~ElectronicFactory() = default;
};
​
// ====================== 4. 具体工厂层：实现抽象工厂，生产对应产品族 ======================
// 具体工厂：小米工厂，只生产小米产品族的所有产品
class XiaoMiFactory : public ElectronicFactory {
public:
    Phone* createPhone() const override {
        return new XiaoMiPhone();
    }
    Router* createRouter() const override {
        return new XiaoMiRouter();
    }
};
​
// 具体工厂：华为工厂，只生产华为产品族的所有产品
class HuaWeiFactory : public ElectronicFactory {
public:
    Phone* createPhone() const override {
        return new HuaWeiPhone();
    }
    Router* createRouter() const override {
        return new HuaWeiRouter();
    }
};
​
// ====================== 客户端测试代码 ======================
void client(const ElectronicFactory* factory) {
    // 由工厂统一创建产品，客户端**无需关心具体产品类名**
    Phone* phone = factory->createPhone();
    Router* router = factory->createRouter();
    
    // 使用产品
    phone->showBrand();
    router->showBrand();
​
    // 释放资源
    delete phone;
    delete router;
}
​
int main() {
    cout << "===== 生产小米产品族 =====" << endl;
    ElectronicFactory* miFactory = new XiaoMiFactory();
    client(miFactory);
​
    cout << "\n===== 生产华为产品族 =====" << endl;
    ElectronicFactory* hwFactory = new HuaWeiFactory();
    client(hwFactory);
​
    // 释放工厂资源
    delete miFactory;
    delete hwFactory;
​
    return 0;
}

执行结果

===== 生产小米产品族 =====
我是【小米手机】，属于小米产品族
我是【小米路由器】，属于小米产品族
​
===== 生产华为产品族 =====
我是【华为手机】，属于华为产品族
我是【华为路由器】，属于华为产品族