设计模式学习（二）工厂模式——抽象工厂模式

背景

现在我需要开发一个相机操作模块，它可能在Windows下运行，也可能在Linux下运行。由于在厂家提供的SDK中，Windows下的SDK和Linux下的SDK是有区别的，因此对于一个品牌的相机，我们要创建两个类去封装这两个不同平台下的API。

我们先使用工厂方法模式去设计（以Basler相机为例），类图如下：

对应的代码（就不用智能指针了，要不然类图不好画）：

class BaslerCamera
{
public:
    virtual ~BaslerCamera() = default;
    virtual bool OpenCamera() = 0;
};

class LinuxBaslerCamera : public BaslerCamera
{
public:
    ~LinuxBaslerCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};

class WindowsBaslerCamera : public BaslerCamera
{
public:
    ~WindowsBaslerCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};

class CameraFactory
{
public:
    virtual ~CameraFactory() = default;
    virtual BaslerCamera* CreateBaslerCamera() = 0;
};

class LinuxCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new LinuxBaslerCamera();
    }
};

class WindowsCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new WindowsBaslerCamera();
    }
};

//客户端
int main()
{
	//如果更换平台，客户端代码只需要修改这一处
    CameraFactory* cameraFactory = new LinuxCameraFactory();
    
    BaslerCamera* camera = cameraFactory->CreateBaslerCamera();
    
    camera->OpenCamera();
    
    return 0;
}

现在若新增了一个品牌的相机：Sick，那么按照工厂方法模式的设计思路，就会为其创建出对应的抽象工厂类和具体工厂类（具体代码略）。

但是进一步分析可以发现，对于这个模块，它要么在Windows下运行，要么在Linux下运行。即对于抽象产品BaslerCamera和SickCamera，要么实例化LinuxBaslerCamera和LinuxSickCamera，要么实例化WindowsBaslerCamera和WindowsSickCamera 。

可以说不同的相机被划分在Linux相机和Window相机这两个产品族下，因此我们不需要为每一个品牌的相机都去实现一组对应的工厂类，而是只使用两个工厂WindowsCameraFactory和LinuxCameraFactory去管理各自对应平台下的相机的创建过程。

那么工厂类的代码就会变成这样：

class CameraFactory
{
public:
    virtual ~CameraFactory() = default;
    virtual BaslerCamera* CreateBaslerCamera() = 0;
    virtual SickCamera* CreateSickCamera() = 0;
};

class LinuxCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new LinuxBaslerCamera();
    }

    SickCamera* CreateSickCamera() override
    {
        return new LinuxSickCamera();
    }
};

class WindowsCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new WindowsBaslerCamera();
    }

    SickCamera* CreateSickCamera() override
    {
        return new WindowsSickCamera();
    }
};

这就引出了抽象工厂模式

抽象工厂模式

抽象工厂模式，提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们具体的类

AbstractProductA和AbstractProductB是两个抽象产品，之所以为抽象，是因为他们可能有多种不同的实现，就刚才的例子来说，抽象产品就是BaslerCamera和SickCamera。ProductA1，ProductA2，ProductB1，ProductB2就是对两个抽象产品的具体分类的实现，对应例子中的LinuxBaslerCamera，WindowsBaslerCamera，LinuxSickCamera，WindowsSickCamera。

AbstractFactory是一个抽象工厂基类，对应例子中的CameraFactory，它里面应该包含产品族中每个产品创建的抽象方法。ConcreteFactory1和ConcreteFactory2是具体工厂，对应例子中的LinuxCameraFactory和WindowsCameraFactory。

对于客户端，通常是在代码中创建一个具体工厂的实例（这个实例就对应着一个产品族），使用这个工厂实例再创建产品族内具体的产品对象。

客户端代码如下：

int main()
{
    /*
    若在windows平台，只需将本句改为:
    CameraFactory* cameraFactory = new WindowsCameraFactory();
    */
    CameraFactory* camera_factory = new LinuxCameraFactory();
    
    BaslerCamera* basler_camera = camera_factory->CreateBaslerCamera();
    basler_camera->OpenCamera();

    SickCamera* sick_camera = camera_factory->CreateSickCamera();
    sick_camera->OpenCamera();

    return 0;
}

完整代码如下：

class BaslerCamera
{
public:
    virtual ~BaslerCamera() = default;
    virtual bool OpenCamera() = 0;
};

class LinuxBaslerCamera : public BaslerCamera
{
public:
    ~LinuxBaslerCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};

class WindowsBaslerCamera : public BaslerCamera
{
public:
    ~WindowsBaslerCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};

class SickCamera
{
public:
    virtual ~SickCamera() = default;
    virtual bool OpenCamera() = 0;
};

class LinuxSickCamera : public SickCamera
{
public:
    ~LinuxSickCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};

class WindowsSickCamera : public SickCamera
{
public:
    ~WindowsSickCamera() override = default;
    bool OpenCamera() override
    {
        return true;
    }
};


class CameraFactory
{
public:
    virtual ~CameraFactory() = default;
    virtual BaslerCamera* CreateBaslerCamera() = 0;
    virtual SickCamera* CreateSickCamera() = 0;
};

class LinuxCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new LinuxBaslerCamera();
    }

    SickCamera* CreateSickCamera() override
    {
        return new LinuxSickCamera();
    }
};

class WindowsCameraFactory : public CameraFactory
{
public:
    BaslerCamera* CreateBaslerCamera() override
    {
        return new WindowsBaslerCamera();
    }

    SickCamera* CreateSickCamera() override
    {
        return new WindowsSickCamera();
    }
};

int main()
{
    //若在windows平台，只需将本句改为CameraFactory* cameraFactory = new WindowsCameraFactory();
    CameraFactory* camera_factory = new LinuxCameraFactory();
    
    BaslerCamera* basler_camera = camera_factory->CreateBaslerCamera();
    basler_camera->OpenCamera();

    SickCamera* sick_camera = camera_factory->CreateSickCamera();
    sick_camera->OpenCamera();

    return 0;
}

优点与缺点

优点：

• 易于交换产品族：工厂的实例化过程在一个客户端只需要出现一次，修改方便

缺点：

• 提供方违反开闭原则：如果现在在每个产品族内新增一个品牌相机（如Huaray），那么除了要增加HuarayCamera，WindowsHuarayCamera，LinuxHuarayCamera三个产品类之外（这是必要的），还要修改CameraFactory，LinuxCameraFactory和WindowsCameraFactory这三个工厂类，违反了开闭原则。
• 客户端违法开闭原则：客户端在开始的时候都要CameraFactory* camera_factory = new LinuxCameraFactory();，若是要更换为Windows平台，则还需手动修改实例化的类型，违反了开闭原则。而且如果客户端不止一个，则每一个客户端都需要手动修改，效率低。

对于抽象工厂模式的改进方法，将在下一篇文章中讨论。

参考文章

1.《大话设计模式》