抽象工厂模式
  • Nov 3, 2020

经过一层一层抽象，来到了最复杂的抽象工厂模式。

意图

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

UML图

来，直接上 UML 图，结合着它的 UML 图解释：

UML

《大话设计模式》里关于 抽象工厂模式 的图画的内容乍一看很乱,不要慌，我用语言在整理一下：

  • AbstractFactory 抽象的工厂，声明一个创建抽象产品对象的操作接口
  • ConcreteFactory 具体的工厂，实现创建具体产品对象的操作
  • AbstractProduct 为一类产品对象声明一个接口
  • ConcreteProduct 定义一个将被对应的具体工厂创建的产品对象，实现 AbstractProduct 接口
  • Client 仅使用由 AbstractFactory 和 AbstractProduct 类声明的接口

通常在使用这个模式的时候， client 在运行时创建一个 ConcreteFactory 类的实例， 这一个具体的工厂创建具有特定实现的产品对象，为创建不同的产品对象，客户应使用不同的具体工厂，大致就是这样

// Client 部分使用代码
AbstractFactory *factory = new ConcreteFactory1();
AbstractProductA *a = factory->CreateProductA();
AbstractProductB *b = factory->CreateProductB();

应用场景

所以使用场景可以分为以下几点：

  1. 一个系统要独立于它的产品的创建、组合、和表示时
  2. 一个系统要有多个产品系列中的一个来配置时
  3. 当你要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时
  4. 当你提供一个产品类库时，而只想显示它们的接口而不是实现时。

来个例子

看个例子，可能对应用场景有更深的理解：

UML

我现在产品的基类分别是 Label LineEdit PushButton, 抽象工厂是 AbstractFactory, 抽象工厂定义了创建产品的操作接口

class AbstractFactory
{
public:
    virtual ~AbstractFactory(){}

    virtual Label * createLable() = 0;
    virtual LineEdit * createLineEdit() = 0;
    virtual PushButton * createPushButton() = 0;
}

我先是实现一组 Q 风格的， 我在基类前加个 Q 区分一下
现在3个控件分别是 QLabel QLineEdit QPushButton ，都是使用 QConcreteFactory 的工厂来创建的实例。

class QConcreteFactory : public AbstractFactory
{
public:
    QConcreteFactory(){}

    virtual Label * createLable(){ return new QLabel; }
    virtual LineEdit * createLineEdit() { return new QLineEdit; }
    virtual PushButton * createPushButton() { return new QPushButton; }
}

现在它们的风格就是这样的， 我客户端使用起来的伪代码可能是这样的：

AbstractFactory *factory = new QConcreteFactory();
Label *label = factory->createLable();
LineEdit *edit = factory->createLineEdit();
PushButton *btn = facotory->createPushButton();
// 后面是使用 label , edit , btn 做一些布局操作等等等

现在我需要将客户端整体风格换成 A 风格的，那么在保证不影响原来代码的前提下， 我只需要实现 A 风格的工厂 AConcreteFactory， 以及其下 ALabel ALineEdit APushButton
这样客户端在决定使用 A 风格的控件的时候，客户端方面的代码只需要改一行

// AbstractFactory *factory = new QConcreteFactory();
AbstractFactory *factory = new AConcreteFactory();

从这个例子，可以看出一些 抽象工厂的一些很明显的特点：

  • 工厂提供了产品的创建接口， 客户端通过工厂提供的创建接口得到产品后可以任意组合，而产品只要关心自己的功能和逻辑即可
  • 工厂的存在意义是，它将一个系列相关的产品封装在一个类里，其实封装后，也有一个强调的意思，只要你用这个工厂，那从这个工厂里得到的产品都是它旗下的系列

优缺点

因为很类似于工厂方法，工厂方法有的优点它也有：

  • 由于一个工厂封装了产品对象的责任和过程，它将客户与类的实现分离，客户通过它们抽象的接口操作实例，产品的类名也在具体工厂的实现中被分离

此外这种设计也带来一些其他优点：

  • 容易交换产品系列
    客户端方面的代码仅仅需要更换使用的具体工厂类即可，改动最小，也很可靠

  • 有利于产品的一致性
    具体工厂封装了旗下的产品，只要使用一个工厂，就能保证产出的产品是一致的

缺点当然也有：

从我举的例子里，可以看出，当我需要添加一种的新的产品风格的时候，只需要实现一种新的 ConcreteFactory 即可
但是当需要添加一个新种类的产品，比如我从原来 Label LineEdit PushButton 再额外加一种 TimeEdit
由于 AbstractFactory 接口确定了可以被创建的产品集合，当添加一种新的产品时，所有涉及到 AbstractFactory 类及其所有子类都需要改变，也就破坏了封闭-开发原则

工厂模式三者的异同

相同点

所谓工厂，客户只要产品，不关心工厂是如何创建的，客户依赖于产品抽象的接口操作实例，也不关心具体产品的具体类名，具体的产品和客户完全隔离开， 这一点，他们都很好的满足

不同点

  • 简单工厂： 有 唯一 的工厂类，工厂类的创建方式根据传入的参数判断，最后决定创建的产品
  • 工厂方法： 将工厂进行抽象，具体工厂类实现抽象工厂提供的实例化抽象产品的接口，此时 一个工厂是创建一种产品
  • 抽象工厂： 抽象工厂将产品进行分类，此时的 一个工厂可以创建一个系列的产品 ，也就是说抽象工厂提供了多个创建产品的接口

换个角度

抽象工厂产品的归类，其实也有一些很有意思的角度：

还是用前面提到的例子来说明谈一谈：

我有3个产品基类分别是 Label LineEdit PushButton, 按照要求我要设计不同的款式 A 和 Q 等等款式

如果从单一产品的角度而言，我完全可以以简单工厂或者说工厂方法来实现， 以 Label 为例：

简单工厂的写法可能类似于下面这样的

enum LabelType
{
    QLabel,
    ALabel
};

class SimpleFactory
{
public:
    static Label * CreateLabel(LabelType type)
    {
        Label * p = nullptr;
        switch(type)
        {
        case LabelType::QLabel:
            p = new QLabel();
            break;
        case LabelType::ALabel:
            p = new ALabel();
            break;
        default:
            p = new QLabel();
            break;
        }
        return p;
    }
};

工厂方法，因为我需要提供一个 Label 给基类的工厂定义一个返回 Label 的接口，具体工程继承实现即可：

class Factory
{
public:
    virtual Label *CreateLabel()=0;
};

class QLabelFactory : public Factory
{
public:
    Label *CreateLabel() {
        return new QLabel();
    }
};

class ALabelFactory : public Factory
{
public:
    Label *CreateLabel() {
        return new ALabel();
    }
};

但是抽象工厂不是站在单一产品的角度进行抽象，而是对所有产品中一些其他属性进行抽象， 比如 A, Q 这种风格进行抽象，它将所有产品划分为一个系列，一个产品族

换句话说就是：简单工厂和工厂方法是先划分产品然后再划分风格，而抽象工厂是在先划分风格然后划分产品

抽象的角度不同可能导致使用不同的设计模式，设计出的代码复杂也会存在较大的差异，但可能也是设计的魅力吧

说明

关于抽象工厂模式 C++ 实现的 demo 我就不再这篇文章中直接粘贴了，有兴趣可以关注一下我的 github, 这个工程有我目前整理完的设计模式的 C++ demo，之后会陆续将所有的设计模式全部整理完，加油:

https://github.com/catcheroftime/DesignPatterns

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