编辑“︁C++ 抽象工厂模式”︁

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'''抽象工厂模式'''（Abstract Factory Pattern）是[[设计模式]]中创建型模式的一种，它提供了一种封装一组具有共同主题的独立工厂的方式，而无需指定它们的具体类。在C++中，抽象工厂模式常用于创建一系列相关或依赖对象的家族，同时保持系统的灵活性和可扩展性。

== 简介 ==
抽象工厂模式的核心思想是将对象的创建过程抽象化，使得客户端代码无需关心具体的实现细节，只需通过接口与抽象工厂交互。这种模式特别适用于需要创建多个产品族（即一系列相关产品）的场景。

=== 主要组成部分 ===
抽象工厂模式通常包含以下角色：
* '''抽象工厂（Abstract Factory）'''：声明创建抽象产品对象的接口。
* '''具体工厂（Concrete Factory）'''：实现抽象工厂的接口，创建具体的产品对象。
* '''抽象产品（Abstract Product）'''：声明产品的接口。
* '''具体产品（Concrete Product）'''：实现抽象产品的接口，定义具体产品的行为。

== 代码示例 ==
以下是一个简单的C++抽象工厂模式示例，展示了如何创建不同操作系统的UI组件（按钮和文本框）。

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <iostream>
#include <memory>

// 抽象产品：按钮
class Button {
public:
    virtual void render() = 0;
    virtual ~Button() = default;
};

// 具体产品：Windows按钮
class WindowsButton : public Button {
public:
    void render() override {
        std::cout << "渲染Windows风格按钮" << std::endl;
    }
};

// 具体产品：MacOS按钮
class MacOSButton : public Button {
public:
    void render() override {
        std::cout << "渲染MacOS风格按钮" << std::endl;
    }
};

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

// 具体产品：Windows文本框
class WindowsTextBox : public TextBox {
public:
    void render() override {
        std::cout << "渲染Windows风格文本框" << std::endl;
    }
};

// 具体产品：MacOS文本框
class MacOSTextBox : public TextBox {
public:
    void render() override {
        std::cout << "渲染MacOS风格文本框" << std::endl;
    }
};

// 抽象工厂
class UIFactory {
public:
    virtual std::unique_ptr<Button> createButton() = 0;
    virtual std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() = 0;
    virtual ~UIFactory() = default;
};

// 具体工厂：Windows工厂
class WindowsUIFactory : public UIFactory {
public:
    std::unique_ptr<Button> createButton() override {
        return std::make_unique<WindowsButton>();
    }

    std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {
        return std::make_unique<WindowsTextBox>();
    }
};

// 具体工厂：MacOS工厂
class MacOSUIFactory : public UIFactory {
public:
    std::unique_ptr<Button> createButton() override {
        return std::make_unique<MacOSButton>();
    }

    std::unique_ptr<TextBox> createTextBox() override {
        return std::make_unique<MacOSTextBox>();
    }
};

// 客户端代码
void createUI(UIFactory& factory) {
    auto button = factory.createButton();
    auto textBox = factory.createTextBox();

    button->render();
    textBox->render();
}

int main() {
    // 创建Windows风格的UI
    WindowsUIFactory windowsFactory;
    std::cout << "Windows UI:" << std::endl;
    createUI(windowsFactory);

    // 创建MacOS风格的UI
    MacOSUIFactory macOSFactory;
    std::cout << "\nMacOS UI:" << std::endl;
    createUI(macOSFactory);

    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 输出 ===
<pre>
Windows UI:
渲染Windows风格按钮
渲染Windows风格文本框

MacOS UI:
渲染MacOS风格按钮
渲染MacOS风格文本框
</pre>

== 类图 ==
以下是用mermaid语言绘制的抽象工厂模式类图：

<mermaid>
classDiagram
    class Button {
        <<interface>>
        +render()
    }
    class WindowsButton {
        +render()
    }
    class MacOSButton {
        +render()
    }
    class TextBox {
        <<interface>>
        +render()
    }
    class WindowsTextBox {
        +render()
    }
    class MacOSTextBox {
        +render()
    }
    class UIFactory {
        <<interface>>
        +createButton()
        +createTextBox()
    }
    class WindowsUIFactory {
        +createButton()
        +createTextBox()
    }
    class MacOSUIFactory {
        +createButton()
        +createTextBox()
    }

    Button <|-- WindowsButton
    Button <|-- MacOSButton
    TextBox <|-- WindowsTextBox
    TextBox <|-- MacOSTextBox
    UIFactory <|-- WindowsUIFactory
    UIFactory <|-- MacOSUIFactory
    WindowsUIFactory --> WindowsButton
    WindowsUIFactory --> WindowsTextBox
    MacOSUIFactory --> MacOSButton
    MacOSUIFactory --> MacOSTextBox
</mermaid>

== 实际应用场景 ==
抽象工厂模式在以下场景中特别有用：
1. '''跨平台UI开发'''：如示例所示，为不同操作系统创建风格一致的UI组件。
2. '''数据库访问'''：为不同的数据库系统（MySQL、PostgreSQL等）提供统一的接口。
3. '''游戏开发'''：为不同游戏角色创建配套的武器、装备等。
4. '''主题系统'''：允许用户切换整个应用程序的视觉主题。

== 优缺点 ==
=== 优点 ===
* 隔离了具体类的创建，客户端只需通过接口操作。
* 易于扩展新的产品族，符合开闭原则。
* 保证产品之间的兼容性。

=== 缺点 ===
* 增加新的产品种类（如新增一个Checkbox）需要修改抽象工厂及其所有子类，违反开闭原则。
* 增加了系统的复杂性和理解难度。

== 数学表示 ==
抽象工厂模式可以形式化表示为：
<math>
\begin{cases}
Factory = \{ createProductA(), createProductB(), ... \} \\
ConcreteFactory_i \rightarrow Factory \\
ProductA, ProductB, ... \\
ConcreteProductA_i \rightarrow ProductA \\
ConcreteProductB_i \rightarrow ProductB \\
...
\end{cases}
</math>

其中：
* <math>Factory</math> 是抽象工厂接口
* <math>ConcreteFactory_i</math> 是具体工厂实现
* <math>ProductA, ProductB</math> 是抽象产品
* <math>ConcreteProductA_i, ConcreteProductB_i</math> 是具体产品

== 总结 ==
抽象工厂模式是创建型设计模式中较为复杂但功能强大的一种，它通过将对象的创建过程抽象化，使得系统可以在不修改客户端代码的情况下切换整个产品族。虽然它有一定的复杂性，但在需要创建相关对象家族的场景中，抽象工厂模式能提供良好的灵活性和可维护性。

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