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C++抽象工厂模式与产品族实现技巧

P粉602998670

发布： 2025-09-02 10:11:01

原创

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抽象工厂模式通过定义创建一系列相关对象的接口，实现产品族的统一创建与解耦，如GUI库中不同平台组件的生成，客户端无需关心具体实现，仅依赖抽象接口，提升代码灵活性与可维护性。

c++抽象工厂模式与产品族实现技巧

C++中的抽象工厂模式，在我看来，核心在于它提供了一种创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。简单来说，它就像一个“产品家族的生产线”，你可以根据不同的“品牌”（具体工厂）生产出一整套风格统一、功能互补的产品。这种模式的巧妙之处在于，它让你的代码在面对需要切换不同产品实现集时，变得异常灵活和解耦。

抽象工厂模式的魅力，很大程度上在于它对“产品族”概念的封装。想象一下，你正在构建一个跨平台的GUI库，需要为Windows、macOS和Linux提供一套统一的按钮、文本框和滚动条。如果每次都手动去实例化对应平台的组件，那代码会变得一团糟，而且修改起来简直是噩梦。

这时候，抽象工厂就派上用场了。它定义了一个抽象接口，比如

IGUIFactory

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，里面声明了创建按钮、文本框等抽象产品的方法。然后，我们为每个平台实现一个具体的工厂，比如

WindowsGUIFactory

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、

MacOSGUIFactory

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，它们各自负责生产对应平台的具体产品——

WindowsButton

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、

MacOSButton

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等等。

核心结构通常是这样的：

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抽象工厂 (Abstract Factory)：声明一组用于创建抽象产品的方法。
具体工厂 (Concrete Factory)：实现抽象工厂接口，负责创建特定产品族中的具体产品。
抽象产品 (Abstract Product)：为一类产品对象声明接口。
具体产品 (Concrete Product)：实现抽象产品接口，是具体工厂创建的对象。

#include <iostream>
#include <memory> // For std::unique_ptr

// 抽象产品接口：按钮
class IButton {
public:
    virtual ~IButton() = default;
    virtual void paint() = 0;
};

// 抽象产品接口：文本框
class ITextBox {
public:
    virtual ~ITextBox() = default;
    virtual void render() = 0;
};

// 具体产品 (Windows系列)
class WindowsButton : public IButton {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "Rendering a Windows button." << std::endl;
    }
};

class WindowsTextBox : public ITextBox {
public:
    void render() override {
        std::cout << "Rendering a Windows text box." << std::endl;
    }
};

// 具体产品 (MacOS系列)
class MacOSButton : public IButton {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "Rendering a MacOS button." << std::endl;
    }
};

class MacOSTextBox : public ITextBox {
public:
    void render() override {
        std::cout << "Rendering a MacOS text box." << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂接口
class IGUIFactory {
public:
    virtual ~IGUIFactory() = default;
    virtual std::unique_ptr<IButton> createButton() = 0;
    virtual std::unique_ptr<ITextBox> createTextBox() = 0;
};

// 具体工厂 (Windows)
class WindowsGUIFactory : public IGUIFactory {
public:
    std::unique_ptr<IButton> createButton() override {
        return std::make_unique<WindowsButton>();
    }
    std::unique_ptr<ITextBox> createTextBox() override {
        return std::make_unique<WindowsTextBox>();
    }
};

// 具体工厂 (MacOS)
class MacOSGUIFactory : public IGUIFactory {
public:
    std::unique_ptr<IButton> createButton() override {
        return std::make_unique<MacOSButton>();
    }
    std::unique_ptr<ITextBox> createTextBox() override {
        return std::make_unique<MacOSTextBox>();
    }
};

// 客户端代码：使用抽象工厂创建产品
void clientCode(IGUIFactory* factory) {
    auto button = factory->createButton();
    auto textBox = factory->createTextBox();
    button->paint();
    textBox->render();
}

/*
int main() {
    std::cout << "Client: Testing with Windows factory." << std::endl;
    WindowsGUIFactory windowsFactory;
    clientCode(&windowsFactory);

    std::cout << "\nClient: Testing with MacOS factory." << std::endl;
    MacOSGUIFactory macosFactory;
    clientCode(&macosFactory);

    return 0;
}
*/

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这种模式的强大之处在于，客户端代码只需要依赖

IGUIFactory

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和

IButton

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、

ITextBox

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这些抽象接口，根本不需要知道它具体是在使用Windows还是MacOS的组件。切换平台？只需要更换一个具体工厂的实例就行了，简直是丝滑。

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抽象工厂模式与工厂方法模式有何不同，我该如何选择？

这确实是很多初学者容易混淆的地方，我自己刚开始学设计模式的时候也常常搞不清楚。简单来说，工厂方法模式（Factory Method）只负责生产一种产品，比如一个

ButtonFactory

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就只生产

Button

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。而抽象工厂模式则更宏大一些，它负责生产一个“产品族”，也就是一系列相互关联、相互依赖的产品。

你可以这样理解：

工厂方法模式：专注于“如何创建一个对象”。它把对象的创建延迟到子类，让子类决定实例化哪个具体类。当你有一个类，但不知道它将创建哪个子类的对象时，或者想让子类决定创建什么对象时，它很合适。比如，一个文档编辑器，可能有多种导出格式（PDF、DOCX），每个格式都有一个对应的导出工厂。
抽象工厂模式：专注于“如何创建一组相关的对象”。它提供一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类。当你需要创建一组对象，并且这些对象必须协同工作，或者需要确保它们来自同一个“家族”时，抽象工厂就是你的首选。回到GUI的例子，一个工厂生产一套完整的Windows风格组件，另一个工厂生产一套完整的MacOS风格组件。

选择的关键点在于：如果你只需要创建单一类型的对象，并且希望将对象的创建逻辑封装起来，那么工厂方法可能就足够了。它更轻量，也更容易实现。但如果你需要创建一组相互关联的对象，并且希望在不修改客户端代码的情况下，能够方便地切换这组对象的具体实现，那么抽象工厂模式无疑是更强大的工具。它提供了更高级别的抽象和解耦。我个人觉得，抽象工厂更像是一个“套件供应商”，而工厂方法只是一个“单品制造商”。