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C++ 设计模式：抽象工厂（Abstract Factory）

article 2025/1/4 0:23:22

链接：C++ 设计模式
链接：C++ 设计模式 - 工厂方法
链接：C++ 设计模式 - 原型模式
链接：C++ 设计模式 - 建造者模式

抽象工厂（Abstract Factory）是一种创建型设计模式，它提供一个接口，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。抽象工厂模式通常用于创建一组相关的产品对象，例如不同类型的机器人和它们的配件。

1.问题分析

在某些情况下，我们需要创建一组相关或相互依赖的对象，但我们希望将这些对象的创建过程封装起来，以便于更换具体的产品系列。抽象工厂模式通过定义一组创建对象的接口，使得客户端代码可以独立于具体的产品类。

2.实现步骤

定义抽象产品接口：定义一组抽象产品接口或抽象类，描述产品的公共接口。
实现具体产品：实现具体的产品类，这些类实现了抽象产品接口。
定义抽象工厂接口：定义一个创建一组相关产品对象的接口。
实现具体工厂：实现具体的工厂类，这些类实现了抽象工厂接口，并负责实例化具体的产品对象。
创建客户端类：创建一个客户端类，使用抽象工厂接口来创建一组相关的产品对象，并管理它们的行为。
客户端代码：在main函数中创建具体的工厂对象，并将其传递给客户端类，调用客户端类的方法来管理产品对象。

3.代码示例

3.1.定义抽象产品接口

// 抽象产品A接口
class Robot {
 public:
  virtual ~Robot() = default;
  virtual void performTask() const = 0;
};

// 抽象产品B接口
class Accessory {
 public:
  virtual ~Accessory() = default;
  virtual void use() const = 0;
};

3.2.实现具体产品

// 具体产品A1
class CleaningRobot : public Robot {
 public:
  void performTask() const override { std::cout << "CleaningRobot is cleaning the floor." << std::endl; }
};

// 具体产品B1
class CleaningAccessory : public Accessory {
 public:
  void use() const override { std::cout << "Using CleaningAccessory for cleaning." << std::endl; }
};

// 具体产品A2
class CookingRobot : public Robot {
 public:
  void performTask() const override { std::cout << "CookingRobot is cooking a meal." << std::endl; }
};

// 具体产品B2
class CookingAccessory : public Accessory {
 public:
  void use() const override { std::cout << "Using CookingAccessory for cooking." << std::endl; }
};

3.3.定义抽象工厂接口

class RobotFactory {
 public:
  virtual ~RobotFactory() = default;
  virtual std::unique_ptr<Robot> createRobot() const = 0;
  virtual std::unique_ptr<Accessory> createAccessory() const = 0;
};

3.4.实现具体工厂类

// 具体工厂1
class CleaningRobotFactory : public RobotFactory {
 public:
  std::unique_ptr<Robot> createRobot() const override { return std::make_unique<CleaningRobot>(); }
  std::unique_ptr<Accessory> createAccessory() const override { return std::make_unique<CleaningAccessory>(); }
};

// 具体工厂2
class CookingRobotFactory : public RobotFactory {
 public:
  std::unique_ptr<Robot> createRobot() const override { return std::make_unique<CookingRobot>(); }
  std::unique_ptr<Accessory> createAccessory() const override { return std::make_unique<CookingAccessory>(); }
};

3.5.客户端类

class RobotManager {
 public:
  RobotManager(std::unique_ptr<RobotFactory> factory) : factory_(std::move(factory)) {}

  void manageRobot() const {
    std::unique_ptr<Robot> robot = factory_->createRobot();
    std::unique_ptr<Accessory> accessory = factory_->createAccessory();
    robot->performTask();
    accessory->use();
  }

 private:
  std::unique_ptr<RobotFactory> factory_;
};

3.6.客户端代码

int main() {
  std::unique_ptr<RobotFactory> cleaningFactory = std::make_unique<CleaningRobotFactory>();
  RobotManager cleaningManager(std::move(cleaningFactory));
  cleaningManager.manageRobot();

  std::unique_ptr<RobotFactory> cookingFactory = std::make_unique<CookingRobotFactory>();
  RobotManager cookingManager(std::move(cookingFactory));
  cookingManager.manageRobot();

  return 0;
}