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23种设计模式 - 抽象工厂模式

article 2025/2/21 3:29:33

模式定义

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种创建型设计模式，提供接口用于创建一组相关或相互依赖的对象家族，而无需指定具体类[2][3][5]。其核心是通过抽象工厂统一管理多个产品族的创建，确保产品之间的兼容性，适用于需要统一风格或约束的场景（如不同品牌的数控系统组件）。

模式结构

抽象产品族（Abstract Product Family）：定义产品家族的接口（如数控系统中的运动控制器、传感器）。
具体产品（Concrete Product）：实现同一产品族的不同品牌/类型组件（如西门子运动控制器、发那科传感器）。
抽象工厂（Abstract Factory）：声明创建整个产品族的方法（如createMotion()和createSensor()）。
具体工厂（Concrete Factory）：实现抽象工厂接口，生成同一品牌/系列的具体产品[2][3][5]。

C++示例（数控系统场景）

#include 

// 抽象产品1：运动控制器接口
class MotionController {
public:
    virtual void execute() = 0;
    virtual ~MotionController() = default;
};

// 具体产品1A：西门子运动控制器
class SiemensMotion : public MotionController {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "西门子系统：执行五轴联动控制" << std::endl;
    }
};

// 具体产品1B：发那科运动控制器
class FanucMotion : public MotionController {
public:
    void execute() override {
        std::cout << "发那科系统：执行高速高精度插补" << std::endl;
    }
};

// 抽象产品2：传感器接口
class Sensor {
public:
    virtual void readData() = 0;
    virtual ~Sensor() = default;
};

// 具体产品2A：西门子传感器
class SiemensSensor : public Sensor {
public:
    void readData() override {
        std::cout << "西门子传感器：采集温度与振动数据" << std::endl;
    }
};

// 具体产品2B：发那科传感器
class FanucSensor : public Sensor {
public:
    void readData() override {
        std::cout << "发那科传感器：检测刀具磨损状态" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂：支持创建同一品牌的产品族
class CNCFactory {
public:
    virtual MotionController* createMotion() = 0;
    virtual Sensor* createSensor() = 0;
    virtual ~CNCFactory() = default;
};

// 具体工厂1：西门子产品族工厂
class SiemensFactory : public CNCFactory {
public:
    MotionController* createMotion() override {
        return new SiemensMotion();
    }
    Sensor* createSensor() override {
        return new SiemensSensor();
    }
};

// 具体工厂2：发那科产品族工厂
class FanucFactory : public CNCFactory {
public:
    MotionController* createMotion() override {
        return new FanucMotion();
    }
    Sensor* createSensor() override {
        return new FanucSensor();
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    // 使用西门子工厂创建产品族
    CNCFactory* siemensFactory = new SiemensFactory();
    MotionController* siemensMotion = siemensFactory->createMotion();
    Sensor* siemensSensor = siemensFactory->createSensor();
    siemensMotion->execute();  // 输出西门子系统控制逻辑
    siemensSensor->readData(); // 输出西门子传感器逻辑

    // 使用发那科工厂创建产品族
    CNCFactory* fanucFactory = new FanucFactory();
    MotionController* fanucMotion = fanucFactory->createMotion();
    Sensor* fanucSensor = fanucFactory->createSensor();
    fanucMotion->execute();    // 输出发那科系统控制逻辑
    fanucSensor->readData();   // 输出发那科传感器逻辑

    // 释放资源
    delete siemensFactory;
    delete siemensMotion;
    delete siemensSensor;
    delete fanucFactory;
    delete fanucMotion;
    delete fanucSensor;
    return 0;
}