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设计模式：抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

news 2025/8/31 5:09:41

文章目录

- 一、概念
- 二、实例分析
- 三、完整示例

一、概念

抽象工厂模式是一种创建型设计模式。提供一个接口用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们的具体类。
相比于工厂方法模式，抽象工厂模式不仅仅是创建单一产品，而是一族产品（产品族）。
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抽象工厂模式结构：

二、实例分析

问题：
假设你正在开发一款家具商店模拟器。你的代码中包括一些类，用于表示：

一系列相关产品，例如椅子Chair 、沙发Sofa和咖啡桌CoffeeTable 。
系列产品的不同变体。例如，你可以使用现代Modern 、维多利亚Victorian 、装饰风艺术ArtDeco等风格生成椅子、沙发和咖啡桌。

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你需要设法单独生成每件家具对象，这样才能确保其风格一致。如果顾客收到的家具风格不一样，他们可不会开心。

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此外，你也不希望在添加新产品或新风格时修改已有代码。家具供应商对于产品目录的更新非常频繁，你不会想在每次更新时都去修改核心代码的。

解决方案：
首先，抽象工厂模式建议为系列中的每件产品明确声明接口（例如椅子、沙发或咖啡桌）。然后，确保所有产品变体都继承这些接口。例如，所有风格的椅子都实现椅子接口；所有风格的咖啡桌都实现咖啡桌接口，以此类推。
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接下来，我们需要声明抽象工厂——包含系列中所有产品构造方法的接口。例如 createChair创建椅子、 createSofa创建沙发和 createCoffeeTable创建咖啡桌。这些方法必须返回抽象产品类型，即我们之前抽取的那些接口：椅子，沙发和咖啡桌等等。

那么该如何处理产品变体呢？对于系列产品的每个变体，我们都将基于抽象工厂接口创建不同的工厂类。每个工厂类都只能返回特定类别的产品，例如，现代家具工厂ModernFurnitureFactory只能创建现代椅子ModernChair 、现代沙发ModernSofa和现代咖啡桌ModernCoffeeTable对象。

客户端代码可以通过相应的抽象接口调用工厂和产品类。你无需修改实际客户端代码，就能更改传递给客户端的工厂类，也能更改客户端代码接收的产品变体。

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设客户端想要工厂创建一把椅子。客户端无需了解工厂类，也不用管工厂类创建出的椅子类型。无论是现代风格，还是维多利亚风格的椅子，对于客户端来说没有分别，它只需调用抽象椅子接口就可以了。这样一来，客户端只需知道椅子以某种方式实现了 sitOn坐下方法就足够了。此外，无论工厂返回的是何种椅子变体，它都会和由同一工厂对象创建的沙发或咖啡桌风格一致。

最后一点说明：如果客户端仅接触抽象接口，那么谁来创建实际的工厂对象呢？一般情况下，应用程序会在初始化阶段创建具体工厂对象。而在此之前，应用程序必须根据配置文件或环境设定选择工厂类别。

代码示例：
抽象产品接口

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;// 椅子
class Chair {
public:virtual void sitOn() = 0;virtual ~Chair() = default;
};// 沙发
class Sofa {
public:virtual void lieOn() = 0;virtual ~Sofa() = default;
};// 咖啡桌
class CoffeeTable {
public:virtual void putCoffee() = 0;virtual ~CoffeeTable() = default;
};

具体产品实现

// ---------- Art Deco 风格 ----------
class ArtDecoChair : public Chair {
public:void sitOn() override { cout << "坐在 Art Deco 椅子上\n"; }
};class ArtDecoSofa : public Sofa {
public:void lieOn() override { cout << "躺在 Art Deco 沙发上\n"; }
};class ArtDecoCoffeeTable : public CoffeeTable {
public:void putCoffee() override { cout << "在 Art Deco 咖啡桌上放咖啡\n"; }
};// ---------- Victorian 风格 ----------
class VictorianChair : public Chair {
public:void sitOn() override { cout << "坐在 Victorian 椅子上\n"; }
};class VictorianSofa : public Sofa {
public:void lieOn() override { cout << "躺在 Victorian 沙发上\n"; }
};class VictorianCoffeeTable : public CoffeeTable {
public:void putCoffee() override { cout << "在 Victorian 咖啡桌上放咖啡\n"; }
};// ---------- Modern 风格 ----------
class ModernChair : public Chair {
public:void sitOn() override { cout << "坐在 Modern 椅子上\n"; }
};class ModernSofa : public Sofa {
public:void lieOn() override { cout << "躺在 Modern 沙发上\n"; }
};class ModernCoffeeTable : public CoffeeTable {
public:void putCoffee() override { cout << "在 Modern 咖啡桌上放咖啡\n"; }
};

抽象工厂接口

class FurnitureFactory {
public:virtual Chair* createChair() = 0;virtual Sofa* createSofa() = 0;virtual CoffeeTable* createCoffeeTable() = 0;virtual ~FurnitureFactory() = default;
};

具体工厂实现

class ArtDecoFactory : public FurnitureFactory {
public:Chair* createChair() override { return new ArtDecoChair(); }Sofa* createSofa() override { return new ArtDecoSofa(); }CoffeeTable* createCoffeeTable() override { return new ArtDecoCoffeeTable(); }
};class VictorianFactory : public FurnitureFactory {
public:Chair* createChair() override { return new VictorianChair(); }Sofa* createSofa() override { return new VictorianSofa(); }CoffeeTable* createCoffeeTable() override { return new VictorianCoffeeTable(); }
};class ModernFactory : public FurnitureFactory {
public:Chair* createChair() override { return new ModernChair(); }Sofa* createSofa() override { return new ModernSofa(); }CoffeeTable* createCoffeeTable() override { return new ModernCoffeeTable(); }
};

客户端使用

void clientCode(FurnitureFactory* factory) {unique_ptr<Chair> chair(factory->createChair());unique_ptr<Sofa> sofa(factory->createSofa());unique_ptr<CoffeeTable> table(factory->createCoffeeTable());chair->sitOn();sofa->lieOn();table->putCoffee();
}int main() {FurnitureFactory* factory = nullptr;cout << "=== 使用 Art Deco 风格 ===\n";factory = new ArtDecoFactory();clientCode(factory);delete factory;cout << "\n=== 使用 Victorian 风格 ===\n";factory = new VictorianFactory();clientCode(factory);delete factory;cout << "\n=== 使用 Modern 风格 ===\n";factory = new ModernFactory();clientCode(factory);delete factory;return 0;
}

三、完整示例

比如我们要实现一个跨平台的 UI 库，有两种风格：Windows 风格和 Mac 风格，每种风格都包含：

按钮（Button）
文本框（TextBox）

抽象产品

// 抽象按钮
class Button {
public:virtual void paint() = 0;virtual ~Button() = default;
};// 抽象文本框
class TextBox {
public:virtual void show() = 0;virtual ~TextBox() = default;
};

具体产品

// Windows 按钮
class WinButton : public Button {
public:void paint() override { qDebug("Draw Windows Button"); }
};// Windows 文本框
class WinTextBox : public TextBox {
public:void show() override { qDebug("Show Windows TextBox"); }
};// Mac 按钮
class MacButton : public Button {
public:void paint() override { qDebug("Draw Mac Button"); }
};// Mac 文本框
class MacTextBox : public TextBox {
public:void show() override { qDebug("Show Mac TextBox"); }
};

抽象工厂

class GUIFactory {
public:virtual Button* createButton() = 0;virtual TextBox* createTextBox() = 0;virtual ~GUIFactory() = default;
};

具体工厂

class WinFactory : public GUIFactory {
public:Button* createButton() override { return new WinButton(); }TextBox* createTextBox() override { return new WinTextBox(); }
};class MacFactory : public GUIFactory {
public:Button* createButton() override { return new MacButton(); }TextBox* createTextBox() override { return new MacTextBox(); }
};

客户端使用

void clientCode(GUIFactory* factory) {Button* btn = factory->createButton();TextBox* txt = factory->createTextBox();btn->paint();txt->show();delete btn;delete txt;
}int main() {GUIFactory* factory = new WinFactory();clientCode(factory);delete factory;factory = new MacFactory();clientCode(factory);delete factory;return 0;
}