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抽象工厂

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以统一建模语言中的类别图来表示抽象工厂

抽象工厂模式（英语：Abstract factory pattern）是一种软件开发设计模式。抽象工厂模式提供了一种方式，可以将一组具有同一主题的单独的工厂封装起来。在正常使用中，客户端程序需要创建抽象工厂的具体实现，然后使用抽象工厂作为接口来创建这一主题的具体对象。客户端程序不需要知道（或关心）它从这些内部的工厂方法中获得对象的具体类型，因为客户端程序仅使用这些对象的通用接口。抽象工厂模式将一组对象的实现细节与他们的一般使用分离开来。

举个例子来说，比如一个抽象工厂类叫做DocumentCreator（文档创建器），此类提供创建若干种产品的接口，包括createLetter()（创建信件）和createResume()（创建简历）。其中，createLetter()返回一个Letter（信件），createResume()返回一个Resume（简历）。系统中还有一些DocumentCreator的具体实现类，包括FancyDocumentCreator和ModernDocumentCreator。这两个类对DocumentCreator的两个方法分别有不同的实现，用来创建不同的“信件”和“简历”（用FancyDocumentCreator的实例可以创建FancyLetter和FancyResume，用ModernDocumentCreator的实例可以创建ModernLetter和ModernResume）。这些具体的“信件”和“简历”类均继承自抽象类，即Letter和Resume类。客户端需要创建“信件”或“简历”时，先要得到一个合适的DocumentCreator实例，然后调用它的方法。一个工厂中创建的每个对象都是同一个主题的（“fancy”或者“modern”）。客户端程序只需要知道得到的对象是“信件”或者“简历”，而不需要知道具体的主题，因此客户端程序从抽象工厂DocumentCreator中得到了Letter或Resume类的引用，而不是具体类的对象引用。

“工厂”是创建产品（对象）的地方，其目的是将产品的创建与产品的使用分离。抽象工厂模式的目的，是将若干抽象产品的接口与不同主题产品的具体实现分离开。这样就能在增加新的具体工厂的时候，不用修改引用抽象工厂的客户端代码。

使用抽象工厂模式，能够在具体工厂变化的时候，不用修改使用工厂的客户端代码，甚至是在运行时。然而，使用这种模式或者相似的设计模式，可能给编写代码带来不必要的复杂性和额外的工作。正确使用设计模式能够抵消这样的“额外工作”。

定义

抽象工厂模式的实质是“提供接口，创建一系列相关或独立的对象，而不指定这些对象的具体类。”[1]

使用

具体的工厂决定了创建对象的具体类型，而且工厂就是对象实际创建的地方（比如在C++中，用“new”操作符创建对象）。然而，抽象工厂只返回一个指向创建的对象的抽象引用（或指针）。

这样，客户端程序调用抽象工厂引用的方法，由具体工厂完成对象创建，然后客户端程序得到的是抽象产品的引用。如此使客户端代码与对象的创建分离开来。[2]

因为工厂仅仅返回一个抽象产品的引用（或指针），所以客户端程序不知道（也不会牵绊于）工厂创建对象的具体类型。然而，工厂知道具体对象的类型；例如，工厂可能从配置文件中读取某种类型。这时，客户端没有必要指定具体类型，因为已经在配置文件中指定了。通常，这意味着：

  • 客户端代码不知道任何具体类型，也就没必要引入任何相关的头文件或类定义。客户端代码仅仅处理抽象类型。工厂确实创建了具体类型的对象，但是客户端代码仅使用这些对象的抽象接口来访问它们。[3]
  • 如果要增加一个具体类型，只需要修改客户端代码使用另一个工厂即可，而且这个修改通常只是一个文件中的一行代码。不同的工厂创建不同的具体类型的对象，但是和以前一样返回一个抽象类型的引用（或指针），因此客户端代码的其他部分不需要任何改动。这样比修改客户端代码创建新类型的对象简单多了。如果是后者的话，需要修改代码中每一个创建这种对象的地方（而且需要注意的是，这些地方都知道对象的具体类型，而且需要引入具体类型的头文件或类定义）。如果所有的工厂对象都存储在全局的单例对象中，所有的客户端代码到这个单例中访问需要的工厂，那么，更换工厂就非常简单了，仅仅需要更改这个单例对象即可。[3]

结构

LePUS3图

类图

GuiFactory接口中的createButton方法返回Button类型的对象。返回Button的哪种实现依赖于使用GuiFactory的哪种实现。

需要注意的是，为了简洁起见，以上类图仅仅展示了创建一个类型对象的工厂。而在抽象工厂模式中，通常一个工厂能够创建若干种不同类型的对象。

代码举例

假设我们有两种产品接口 Button 和 Border ，每一种产品都支持多种系列，比如 Mac 系列和 Windows 系列。这样每个系列的产品分别是 MacButton, WinButton, MacBorder, WinBorder 。为了可以在运行时刻创建一个系列的产品族，我们可以为每个系列的产品族建立一个工厂 MacFactory 和 WinFactory 。每个工厂都有两个方法 CreateButton 和 CreateBorder 并返回对应的产品，可以将这两个方法抽象成一个接口 AbstractFactory 。这样在运行时刻我们可以选择创建需要的产品系列。

C++

我们的产品结构是这样的 

class Button; // Abstract Class

class MacButton: public Button {};

class WinButton: public Button {};

class Border; // Abstract Class

class MacBorder: public Border {};

class WinBorder: public Border {};

对应的工厂是这样的 

class AbstractFactory {
public:
    virtual Button* CreateButton() =0;
    virtual Border* CreateBorder() =0;
};

class MacFactory: public AbstractFactory {
public:
    MacButton* CreateButton() { return new MacButton; }
    MacBorder* CreateBorder() { return new MacBorder; }
};

class WinFactory: public AbstractFactory {
public:
    WinButton* CreateButton() { return new WinButton; }
    WinBorder* CreateBorder() { return new WinBorder; }
};

那么客户可以根据需要选择 Mac 风格或者 Win 风格来创建 Button 或 Border 

AbstractFactory* fac;
switch (style) {
case MAC:
    fac = new MacFactory;
    break;
case WIN:
    fac = new WinFactory;
    break;
}
Button* button = fac->CreateButton();
Border* border = fac->CreateBorder();

PHP

<?php
/***************************************************************************
 *              AbstractFactory.php
 *              -------------------
 *   Time  :    2006-11-11
 *   Coder :    rollenc(http://www.rollenc.com)
 *              syre(http://syre.blogbus.com)
 ***************************************************************************/
abstract class AbstractFactory {
	abstract public function CreateButton();
	abstract public function CreateBorder();
}

class MacFactory extends AbstractFactory{
	public function CreateButton()
	{
		return new MacButton();
	}
	public function CreateBorder()
	{
		return new MacBorder();
	}
}
class WinFactory extends AbstractFactory{
	public function CreateButton()
	{
		return new WinButton();
	}
	public function CreateBorder()
	{
		return new WinBorder();
	}
}
class Button{}
class Border{}

class MacButton extends Button{
	function __construct()
	{
		echo 'MacButton is created' . "\n";
	}
}
class MacBorder extends Border{
	function __construct()
	{
		echo 'MacBorder is created' . "\n";
	}
}


class WinButton extends Button{
	function __construct()
	{
		echo 'WinButton is created' . "\n";
	}
}
class WinBorder extends Border{
	function __construct()
	{
		echo 'WinBorder is created' . "\n";
	}
}
?>

那么客户可以根据需要选择 Mac 风格或者 Win 风格的 Button 或 Border 来创建 

<?
$type = 'Mac'; //value by user.
if(!in_array($type, array('Win','Mac')))
    die('Type Error');
$factoryClass = $type.'Factory';
$factory=new $factoryClass;
$factory->CreateButton();
$factory->CreateBorder();
?>

Java

  • 使用上面的例子
public interface Button {}
public interface Border {}
  • 实现抽象类
public class MacButton implements Button {}
public class MacBorder implements Border {}

public class WinButton implements Button {}
public class WinBorder implements Border {}
  • 接着实现工厂
public class MacFactory {
	public static Button createButton() {
	    return new MacButton();
	}
	public static Border createBorder() {
	    return new MacBorder();
	}
}

public class WinFactory {
	public static Button createButton() {
	    return new WinButton();
	}
	public static Border createBorder() {
	    return new WinBorder();
	}
}

适用性

在以下情况可以考虑使用抽象工厂模式：

  • 一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时。
  • 一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。
  • 需要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时。
  • 提供一个产品类库，而只想显示它们的接口而不是实现时。

优点

  1. 具体产品从客户代码中被分离出来
  2. 容易改变产品的系列
  3. 将一个系列的产品族统一到一起创建

缺点

  1. 在产品族中扩展新的产品是很困难的，它需要修改抽象工厂的接口

参考文献

  1. ^ [Erich]; Richard Helm, Ralph Johnson, John M. Vlissides. Design Patterns: Abstract Factory (HTML). informIT. 2009-10-23 [2012-05-16]. （原始内容存档于2021-03-22） （英语）. Object Creational: Abstract Factory: Intent: Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete classes.  请检查|author-link1=值 (帮助)
  2. ^ [David]. Object Design for the Perplexed (HTML). The Code Project. 2009-10-23 [2012-05-16]. （原始内容存档于2011-02-21） （英语）. The factory insulates the client from changes to the product or how it is created, and it can provide this insulation across objects derived from very different abstract interfaces.  请检查|author-link1=值 (帮助)
  3. ^ 3.0 3.1 Abstract Factory: Implementation (HTML). OODesign.com. [2012-05-16]. （原始内容存档于2021-03-10） （英语）. 

参见


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