本期我们来学习一下设计模式之抽象工厂模式，在软件开发中，工厂模式 和 抽象工厂模式 都用于创建对象，但它们的应用场景和实现方式有所不同。本文将基于 C++ 代码，分析抽象工厂模式的实现，并对比其与工厂方法模式的区别。
1. 抽象工厂模式简介
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern） 是创建型设计模式，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定其具体类。它提供了一个接口，允许客户端通过工厂方法创建不同类型的对象，而无需关心具体实现。
适用场景
- 当系统需要创建一系列相关的产品（例如同一风格的桌子和椅子）。
- 希望确保不同产品之间的兼容性（即，现代风格的桌子应当搭配现代风格的椅子）。
- 隐藏对象创建的细节，并遵循开放封闭原则。
2. 代码分析：抽象工厂模式
我们先看一下接下来实现的示例代码UML图：
(1) 产品接口
我们定义了**椅子（Chair）和桌子（Desk）**两个产品接口，并为它们的不同风格（现代、维多利亚）提供具体实现。
class Chair {
public:
virtual ~Chair() {}
virtual std::string SitOn() const = 0; // 坐在椅子上的行为
};
class ModernChair : public Chair {
public:
std::string SitOn() const override {
return "Sitting on a modern chair.";
}
};
class VictorianChair : public Chair {
public:
std::string SitOn() const override {
return "Sitting on a Victorian chair.";
}
};
类似地，我们定义了**桌子（Desk）**接口：
class Desk {
public:
virtual ~Desk() {}
virtual std::string WorkOn() const = 0; // 在桌子上工作的行为
virtual std::string PairWithChair(const Chair &collaborator) const = 0; // 桌子与椅子配对
};
每种桌子都可以与同风格的椅子进行搭配：
class ModernDesk : public Desk {
public:
std::string WorkOn() const override {
return "Working on a modern desk.";
}
std::string PairWithChair(const Chair &collaborator) const override {
return "Pairing modern desk with ( " + collaborator.SitOn() + " )";
}
};
(2) 抽象工厂接口
class AbstractFactory {
public:
virtual Chair *CreateChair() const = 0;
virtual Desk *CreateDesk() const = 0;
virtual ~AbstractFactory() {}
};
这个接口定义了创建相关产品的方法。
(3) 具体工厂
具体工厂负责生产特定风格的家具：
class ModernFurnitureFactory : public AbstractFactory {
public:
Chair *CreateChair() const override {
return new ModernChair();
}
Desk *CreateDesk() const override {
return new ModernDesk();
}
};
class VictorianFurnitureFactory : public AbstractFactory {
public:
Chair *CreateChair() const override {
return new VictorianChair();
}
Desk *CreateDesk() const override {
return new VictorianDesk();
}
};
每个工厂都会创建一组相关联的对象（现代风格 or 维多利亚风格）。
(4) 客户端代码
void ClientCode(const AbstractFactory &factory) {
const Chair *chair = factory.CreateChair();
const Desk *desk = factory.CreateDesk();
std::cout << desk->WorkOn() << "\n";
std::cout << desk->PairWithChair(*chair) << "\n";
delete chair;
delete desk;
}
客户端只与抽象工厂接口交互，而不需要知道具体的工厂实现。
int main() {
ModernFurnitureFactory *f1 = new ModernFurnitureFactory();
ClientCode(*f1);
delete f1;
VictorianFurnitureFactory *f2 = new VictorianFurnitureFactory();
ClientCode(*f2);
delete f2;
return 0;
}
运行结果：
Client: Testing client code with the first factory type:
Working on a modern desk.
Pairing modern desk with ( Sitting on a modern chair. )
Client: Testing the same client code with the second factory type:
Working on a Victorian desk.
Pairing Victorian desk with ( Sitting on a Victorian chair. )
3. 抽象工厂模式 vs. 工厂方法模式
| 比较项 | 抽象工厂模式 | 工厂方法模式 |
|---|---|---|
| 主要作用 | 创建一系列相关对象 | 仅创建单一对象 |
| 产品数量 | 多个相关的产品（如桌子 + 椅子） | 单个产品 |
| 抽象程度 | 提供多个工厂方法 | 仅提供一个工厂方法 |
| 耦合性 | 低，所有产品都由一个工厂创建，保证兼容性 | 低，但每个产品类型需要一个工厂 |
| 适用场景 | 需要确保产品之间的兼容性，例如 UI 组件 | 仅创建某种特定类型的对象 |
示例代码对比
工厂方法模式
class ChairFactory {
public:
static Chair* CreateChair() {
return new ModernChair(); // 或者 VictorianChair
}
};
在工厂方法模式中，每个工厂只负责创建一个对象，而不是一组相关的对象。
抽象工厂模式
class AbstractFactory {
public:
virtual Chair *CreateChair() const = 0;
virtual Desk *CreateDesk() const = 0;
};
在抽象工厂模式中，一个工厂负责创建一组产品（例如：现代风格的桌子 + 现代风格的椅子）。
4. 什么时候使用抽象工厂模式？
✅ 当多个产品需要搭配使用时
- 例如 GUI 库中，需要同时创建Windows 风格的按钮、窗口，或者Mac 风格的按钮、窗口。
✅ 希望减少依赖并保持代码的可扩展性
- 未来如果要新增 “复古风格家具”，只需创建新的
RetroFurnitureFactory，无需修改原有代码。
✅ 保证产品之间的兼容性
- 例如，现代椅子只能搭配现代桌子，而不能搭配维多利亚桌子。
5. 总结
- 工厂方法模式 只创建单一产品，而 抽象工厂模式 可以创建一组相关产品。
- 抽象工厂模式的优势 在于确保产品之间的兼容性，并降低客户端对具体类的依赖。
- 适用于需要生产一系列相关对象的场景，例如 GUI 组件、数据库驱动等。
如果你的需求仅是创建单个对象，可以使用工厂方法模式。
如果你的需求是创建多个相互关联的对象，建议使用抽象工厂模式。
