创建型模式之抽象工厂模式

模式定义

  抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern):提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式,属于对象创建型模式。

模式动机

  • 在工厂方法模式中具体工厂负责生产具体的产品,每一个具体工厂对应一种具体产品,工厂方法也具有唯一性,一般情况下,一个具体工厂中只有一个工厂方法或者一组重载的工厂方法。但是有时候我们需要一个工厂可以提供多个产品对象,而不是单一的产品对象。为了更清晰地理解工厂方法模式,需要先引入两个概念:
    • 产品等级结构 :产品等级结构即产品的继承结构,如一个抽象类是苹果,其子类有中国苹果、美国苹果、日本苹果,则抽象苹果与具体苹果的产地之间构成了一个产品等级结构,抽象苹果是父类,而具体产地的苹果是其子类。
    • 产品族 :在抽象工厂模式中,产品族是指由同一个工厂生产的,位于不同产品等级结构中的一组产品,如中国工厂生产的中国苹果、中国香蕉,中国梨位于苹果产品等级结构中,中国香蕉位于香蕉产品等级结构中。如下图所示,其中绿色方框为一产品等级,红色方框为同一产品族。
  • 当系统所提供的工厂所需生产的具体产品并不是一个简单的对象,而是多个位于不同产品等级结构中属于不同类型的具体产品时需要使用抽象工厂模式。
  • 抽象工厂模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。
  • 抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于,工厂方法模式针对的是一个产品等级结构,而抽象工厂模式则需要面对多个产品等级结构,一个工厂等级结构可以负责多个不同产品等级结构中的产品对象的创建 。当一个工厂等级结构可以创建出分属于不同产品等级结构的一个产品族中的所有对象时,抽象工厂模式比工厂方法模式更为简单、有效率。

image.png

模式结构

抽象工厂模式包含如下角色:

  • AbstractFactory:抽象工厂
  • ConcreteFactory:具体工厂
  • AbstractProduct:抽象产品
  • Product:具体产品
    image.png

代码分析

//抽象苹果类
class AbstractApple {
public:
	virtual void ShowName() = 0;
};

//具体苹果的产品,有中,美,日各自生产
class ChinaApple :public AbstractApple {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "中国苹果!" << endl; }
};

class UsaApple :public AbstractApple {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "美国苹果!" << endl; }
};

class JanpanApple :public AbstractApple {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "日本苹果" << endl; }
};

//抽象香蕉类
class AbstractBanana {
public:
	virtual void ShowName() = 0;
};

class ChinaBanana :public AbstractBanana {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "中国香蕉!" << endl; }
};

class UsaBanana :public AbstractBanana {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "美国香蕉!" << endl; }
};

class JanpanBanana :public AbstractBanana {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "日本香蕉!" << endl; }
};

//抽象鸭梨类
class AbstractPear {
public:
	virtual void ShowName() = 0;
};

class ChinaPear :public AbstractPear {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "中国鸭梨!" << endl; }
};

class UsaPear :public AbstractPear {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "美国鸭梨!" << endl; }
};

class JanpanPear :public AbstractPear {
public:
	virtual void ShowName() { cout << "日本鸭梨!" << endl; }
};

//抽象工厂,针对产品族!
class AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractApple* CreateFruitApple() = 0;
	virtual AbstractBanana* CreateFruitBanana() = 0;
	virtual AbstractPear* CreateFruitPear() = 0;
};

//中国工厂的实现
class ChinaFactory :public AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractApple* CreateFruitApple() { return new ChinaApple; }
	virtual AbstractBanana* CreateFruitBanana() { return new ChinaBanana; }
	virtual AbstractPear* CreateFruitPear() { return new ChinaPear; }
};

//美国工厂
class UsaFactory :public AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractApple* CreateFruitApple() { return new UsaApple; }
	virtual AbstractBanana* CreateFruitBanana() { return new UsaBanana; }
	virtual AbstractPear* CreateFruitPear() { return new UsaPear; }
};

//日本工厂
class JanpanFactory :public AbstractFactory {
public:
	virtual AbstractApple* CreateFruitApple() { return new JanpanApple; }
	virtual AbstractBanana* CreateFruitBanana() { return new JanpanBanana; }
	virtual AbstractPear* CreateFruitPear() { return new JanpanPear; }
};

void test1() {
	AbstractApple* apple = nullptr;
	AbstractBanana* banana = nullptr;
	AbstractPear* pear = nullptr;
	AbstractFactory* factory = nullptr;
//
	factory = new ChinaFactory;
	apple = factory->CreateFruitApple();
	apple->ShowName();
	banana = factory->CreateFruitBanana();
	banana->ShowName();
	pear = factory->CreateFruitPear();
	pear->ShowName();

	delete factory;
	delete apple;
	delete banana;
	delete pear;

	factory = nullptr;
	apple = nullptr;
	banana = nullptr;
	pear = nullptr;
}

抽象工厂模式的优点

  • 抽象工厂模式隔离了具体类的生成,使得客户并不需要知道什么被创建。由于这种隔离,更换一个具体工厂就变得相对容易。所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口,因此只需改变具体工厂的实例,就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。另外,应用抽象工厂模式可以实现高内聚低耦合的设计目的,因此抽象工厂模式得到了广泛的应用。
  • 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时,它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。这对一些需要根据当前环境来决定其行为的软件系统来说,是一种非常实用的设计模式。
  • 增加新的具体工厂和产品族很方便,无须修改已有系统,符合“开闭原则”。

抽象工厂模式的缺点

  • 在添加新的产品对象时,难以扩展抽象工厂来生产新种类的产品,这是因为在抽象工厂角色中规定了所有可能被创建的产品集合,要支持新种类的产品就意味着要对该接口进行扩展,而这将涉及到对抽象工厂角色及其所有子类的修改,显然会带来较大的不便。
  • 开闭原则的倾斜性(增加新的工厂和产品族容易,增加新的产品等级结构麻烦)。

适用环境

在以下情况下可以使用抽象工厂模式:

  1. 一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节,这对于所有类型的工厂模式都是重要的。

  2. 系统中有多于一个的产品族,而每次只使用其中某一产品族。

  3. 属于同一个产品族的产品将在一起使用,这一约束必须在系统的设计中体现出来。

  4. 系统提供一个产品类的库,所有的产品以同样的接口出现,从而使客户端不依赖于具体实现。

总结

  1. 抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式,属于对象创建型模式。

  2. 抽象工厂模式包含四个角色:抽象工厂用于声明生成抽象产品的方法;具体工厂实现了抽象工厂声明的生成抽象产品的方法,生成一组具体产品,这些产品构成了一个产品族,每一个产品都位于某个产品等级结构中;抽象产品为每种产品声明接口,在抽象产品中定义了产品的抽象业务方法;具体产品定义具体工厂生产的具体产品对象,实现抽象产品接口中定义的业务方法。

  3. 抽象工厂模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于,工厂方法模式针对的是一个产品等级结构,而抽象工厂模式则需要面对多个产品等级结构。

  4. 抽象工厂模式的主要优点是隔离了具体类的生成,使得客户并不需要知道什么被创建,而且每次可以通过具体工厂类创建一个产品族中的多个对象,增加或者替换产品族比较方便,增加新的具体工厂和产品族很方便;主要缺点在于增加新的产品等级结构很复杂,需要修改抽象工厂和所有的具体工厂类,对“开闭原则”的支持呈现倾斜性。

  5. 抽象工厂模式适用情况包括:一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节;系统中有多于一个的产品族,而每次只使用其中某一产品族;属于同一个产品族的产品将在一起使用;系统提供一个产品类的库,所有的产品以同样的接口出现,从而使客户端不依赖于具体实现。

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