设计模式 Day 3：抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）详解

经过前两天的学习，我们已经掌握了单例模式与工厂方法模式，理解了如何控制实例个数与如何通过子类封装对象的创建逻辑。

今天，我们将进一步深入“工厂”体系，学习抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern），这是在实际项目中**用于创建“产品族”**的关键设计模式。

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一、Day 1~2 回顾

✅ Day 1：单例模式

• 保证一个类只有一个实例。
• 适合日志系统、配置加载器、数据库连接池等场景。
• 推荐使用 C++11 局部静态变量实现线程安全。

✅ Day 2：工厂方法模式

• 将创建产品的职责下放给子类工厂。
• 满足开闭原则：添加新产品时只需新增具体工厂和产品类。
• 适用于“产品种类多变”的系统结构。

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二、抽象工厂模式简介

定义：

抽象工厂模式提供一个接口，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。

关键词：“一系列相关对象” → 产品族

✅ 场景关键词：

• 多个产品类型（如按钮、窗口）
• 同一系列产品（如 Windows 风格、Mac 风格）
• 产品之间存在匹配关系

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三、类图结构

             +------------------------+
             |   AbstractFactory      |
             |------------------------|
             | +createButton()        |
             | +createCheckbox()      |
             +-----------+------------+
                         |
       +-----------------+-----------------+
       |                                   |
+-------------+                   +----------------+
| WinFactory  |                   | MacFactory     |
+-------------+                   +----------------+
| +createButton() |              | +createButton() |
| +createCheckbox() |           | +createCheckbox()|

     产品结构（同理）
+-----------------+       +------------------+
| AbstractButton  |<------| WinButton        |
|                 |       | MacButton        |
+-----------------+       +------------------+

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四、C++ 实现：跨平台 UI 工厂

我们来设计一个跨平台 GUI 库，可以根据平台生成不同风格的按钮和复选框。

1. 抽象产品类

class Button {
public:
    virtual void paint() = 0;
    virtual ~Button() {}
};

class Checkbox {
public:
    virtual void paint() = 0;
    virtual ~Checkbox() {}
};

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2. 具体产品类

class WinButton : public Button {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "绘制 Windows 风格按钮" << std::endl;
    }
};

class MacButton : public Button {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "绘制 Mac 风格按钮" << std::endl;
    }
};

class WinCheckbox : public Checkbox {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "绘制 Windows 风格复选框" << std::endl;
    }
};

class MacCheckbox : public Checkbox {
public:
    void paint() override {
        std::cout << "绘制 Mac 风格复选框" << std::endl;
    }
};

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3. 抽象工厂类

class GUIFactory {
public:
    virtual Button* createButton() = 0;
    virtual Checkbox* createCheckbox() = 0;
    virtual ~GUIFactory() {}
};

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4. 具体工厂类

class WinFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override {
        return new WinButton();
    }
    Checkbox* createCheckbox() override {
        return new WinCheckbox();
    }
};

class MacFactory : public GUIFactory {
public:
    Button* createButton() override {
        return new MacButton();
    }
    Checkbox* createCheckbox() override {
        return new MacCheckbox();
    }
};

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5. 客户端代码

void render(GUIFactory* factory) {
    Button* btn = factory->createButton();
    Checkbox* chk = factory->createCheckbox();

    btn->paint();
    chk->paint();

    delete btn;
    delete chk;
}

int main() {
    WinFactory win;
    MacFactory mac;

    render(&win);
    render(&mac);
    return 0;
}

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五、优缺点分析

✅ 优点：

• 保证产品族之间的一致性（按钮和复选框风格统一）
• 满足开闭原则，支持新增平台或产品族
• 客户端代码不依赖具体产品类，低耦合

❌ 缺点：

• 类数量增多，结构复杂
• 不方便支持新增“产品种类”（比如再加个菜单类）

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六、今日练习题

✍️ 题目一：

设计一个跨平台图标与窗口组件的 UI 系统，要求使用抽象工厂模式构造 Icon 与 Window 两类产品族，支持 Windows 与 Linux 两个平台。

✍️ 题目二：

抽象工厂模式和工厂方法模式的最大区别是什么？请简洁说明并举例。

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七、小结与展望

抽象工厂模式适合管理“产品族”，比工厂方法更进一步封装了对象创建的整体体系。掌握它有助于构建可扩展、可复用、风格一致的大型软件系统。

明日预告：建造者模式（Builder Pattern） —— 用来构建“结构复杂对象”的强大模式，适合生成器、配置器类场景。