抽象工厂

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統一塑模語言中的類別圖來表示抽象工廠

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FancyDocumentCreatorModernDocumentCreator。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FancyLetterFancyResume,用ModernDocumentCreator的实例可以创建ModernLetterModernResume)。这些具体的“信件”和“简历”类均继承自抽象类,即LetterResume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LetterResume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[编辑]

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[编辑]

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[编辑]

LePUS3图[编辑]

Abstract Factory in LePUS3.png

类图[编辑]

Abstract factory.svg

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[编辑]

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++[编辑]

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 风格來創建 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[编辑]

<?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[编辑]

  • 首先建立描述一個人基本資料的 PersonInterface
package tw.idv.javax.demo.Interface;
 
import java.util.Calendar;
 
public interface PersonInterface {
 
	public static final String ROLE = PersonInterface.class.getName();
 
	public abstract String getId() throws Exception;
 
	public abstract void setId(String id) throws Exception;
 
	public abstract String getName() throws Exception;
 
	public abstract void setName(String name) throws Exception;
 
	public abstract Calendar getBirthday() throws Exception;
 
	public abstract void setBirthday(Calendar birthday) throws Exception;
 
}
  • 接著實作描述一個人基本資料的 抽象 PersonInterfaceImpl
package tw.idv.javax.demo.Implements;
 
import java.util.Calendar;
 
import tw.idv.javax.demo.Interface.PersonInterface;
 
public abstract class PersonInterfaceImpl implements PersonInterface {
 
	private String id = null;
 
	private String name = null;
 
	private Calendar birthday = null;
 
	public String getId() {
		return id;
	}
 
	public void setId(String id) {
		this.id = id;
	}
 
	public String getName() {
		return name;
	}
 
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
 
	public Calendar getBirthday() {
		return birthday;
	}
 
	public void setBirthday(Calendar birthday) {
		this.birthday = birthday;
	}
 
}
  • 接著繼承 PersonInterfaceImpl ,寫一個描述孩童基本資料 Children
package tw.idv.javax.demo.Extends;
 
import tw.idv.javax.demo.Implements.PersonInterfaceImpl;
 
public class Children extends PersonInterfaceImpl {
 
}
  • 接著繼承 PersonInterfaceImpl ,寫一個描述成人基本資料 Adult
package tw.idv.javax.demo.Extends;
 
import tw.idv.javax.demo.Implements.PersonInterfaceImpl;
 
public class Adult extends PersonInterfaceImpl {
 
	private int income = 0;
 
	public int getIncome() {
		return income;
	}
 
	public void setIncome(int income) {
		this.income = income;
	}
 
}
  • 比較這幾個類別,可以發現介面其實只是在定義一個架構,並没有實際的邏輯程式,而要实现介面時,若是還有其他物件需要繼承你正要實現的類別時,最好把要实现的類別,定義為抽象類別。

适用性[编辑]

在以下情况可以考虑使用抽象工廠模式:

  • 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。

優點[编辑]

  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

缺點[编辑]

  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[编辑]

  1. ^ [Erich] Check |authorlink= value (帮助); 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2009-10-23) (English). "Object Creational: Abstract Factory: Intent: Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete classes." 
  2. ^ [David] Check |authorlink= value (帮助). Object Design for the Perplexed (HTML). The Code Project. 2009-10-23 [2012-05-16]. (原始内容存档于2011-09-18) (English). "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." 
  3. ^ 3.0 3.1 Abstract Factory: Implementation (HTML). OODesign.com. [2012-05-16] (English). 

参见[编辑]