设计模式-抽象工厂-C++

一、引言

抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定具体的类。这个模式的主要目的是为一组相关的产品（如产品族）提供一个统一的创建接口，使得系统能够独立于产品的具体实现。

二、使用场景

1. 多个产品族的创建：当需要创建多个相互依赖的对象时，抽象工厂能够有效地解决这类问题，例如在UI框架中，需要创建不同主题的按钮和文本框。

2. 产品变化管理：当系统面临很多不同产品的变化，需要更换一个产品系列，抽象工厂提供了很好的可扩展性，避免了在客户端代码中进行大量的修改。

3. 对扩展开放：当系统中存在多个产品族可以通过扩展来增加新产品而不改变已有的代码时，此模式尤为适合。

4. 控制类的数量：在产品族相互依赖的情况下，使用抽象工厂可以避免大规模的类继承和对象实例化，从而降低了类的复用性。

三、优缺点

优点

• 解耦和独立：客户端代码与产品的具体实现相分离，使得系统更为灵活和可维护。
• 提高代码的可移植性：通过抽象层定义产品，使得在产品族之间进行切换变得更容易。
• 方便新品类的扩展：添加新产品类时，只需实现相应的工厂，无需修改客户端代码，有助于遵循开闭原则。

缺点

• 增加代码复杂性：抽象工厂模式引入更多的接口和实现，可能使得代码结构复杂，增加理解难度。
• 不便于产品的独立变化：如果其中某个产品需要独立演化，可能会对整个产品族产生较大的影响，因而系统的随意扩展能力可能受到限制。

四、代码示例

以下是一个简单的抽象工厂模式的C++实现示例。

#include <iostream>
#include <memory>

// 按钮接口
class Button {
public:
    virtual void paint() = 0; // 按钮绘制接口
};

// 文本框接口
class TextField {
public:
    virtual void render() = 0; // 文本框渲染接口
};

// 具体产品：Windows 按钮
class WindowsButton : public Button {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "Rendering Windows Button" << std::endl;
    }
};

// 具体产品：Windows 文本框
class WindowsTextField : public TextField {
public:
    void render() override {
        std::cout << "Rendering Windows Text Field" << std::endl;
    }
};

// 具体产品：Mac 按钮
class MacButton : public Button {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "Rendering Mac Button" << std::endl;
    }
};

// 具体产品：Mac 文本框
class MacTextField : public TextField {
public:
    void render() override {
        std::cout << "Rendering Mac Text Field" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂
class GUIFactory {
public:
    virtual std::shared_ptr<Button> createButton() = 0;  // 创建按钮方法
    virtual std::shared_ptr<TextField> createTextField() = 0; // 创建文本框方法
};

// 具体工厂：Windows 工厂
class WindowsFactory : public GUIFactory {
public:
    std::shared_ptr<Button> createButton() override {
        return std::make_shared<WindowsButton>(); // 返回 Windows 按钮
    }
    
    std::shared_ptr<TextField> createTextField() override {
        return std::make_shared<WindowsTextField>(); // 返回 Windows 文本框
    }
};

// 具体工厂：Mac 工厂
class MacFactory : public GUIFactory {
public:
    std::shared_ptr<Button> createButton() override {
        return std::make_shared<MacButton>(); // 返回 Mac 按钮
    }
    
    std::shared_ptr<TextField> createTextField() override {
        return std::make_shared<MacTextField>(); // 返回 Mac 文本框
    }
};

int main() {
    std::shared_ptr<GUIFactory> factory;

    // 使用 Windows 工厂
    factory = std::make_shared<WindowsFactory>();
    auto button = factory->createButton();
    auto textField = factory->createTextField();
    button->paint();
    textField->render();

    // 使用 Mac 工厂
    factory = std::make_shared<MacFactory>();
    button = factory->createButton();
    textField = factory->createTextField();
    button->paint();
    textField->render();

    return 0;
}

代码解析

在上述代码中：

• Button 和 TextField 是抽象商品接口，为不同平台的按钮和文本框定义了通用方法。
• WindowsButton 和 WindowsTextField 是Windows平台的具体实现，而 MacButton 和 MacTextField 是Mac平台的具体实现。
• GUIFactory 是抽象工厂接口，定义了创建具体商品products（按钮和文本框）的接口。
• WindowsFactory 和 MacFactory 是具体工厂，实现了 GUIFactory 接口，并负责创建对应于平台的产品实例。
• 最后在 main() 函数中，分别创建 Windows 工厂和 Mac 工厂，以演示如何使用这些工厂创建平台无关的产品。

五、模式总结

抽象工厂模式通过将具体产品与其工厂分开，实现在创建时可以独立选择产品及其实现，从而提高了代码的复用性和可维护性。它适合于产品系列的管理和相互依赖的产品的扩展，能够有效地减少系统的复杂度。但是，使用抽象工厂模式时需要注意引入的复杂性以及对产品独立性的限制，确保在设计时符合使用场景和需求的实际目标。