基于C++的《Head First设计模式》笔记——抽象工厂模式-平芜编程栈

一.专栏简介

二.依赖很强的代码

三.对象依赖

四.依赖倒置原则

五.应用原则

六.依赖倒置原则中，“倒置”在哪？

七.帮助我们遵循该原则的几条指南

八.原料工厂

九.重做披萨

十.我们做了什么

十一.定义抽象工厂

十二.比较工厂方法和抽象工厂

一.专栏简介

本专栏是我学习《head first》设计模式的笔记。这本书中是用Java语言为基础的，我将用C++语言重写一遍，并且详细讲述其中的设计模式，涉及是什么，为什么，怎么做，自己的心得等等。希望阅读者在读完我的这个专题后，也能在开发中灵活且正确的使用，或者在面对面试官时，能够自信地说自己熟悉常用设计模式。

在本专栏上一篇工厂模式的学习之后，本章将开始抽象工厂模式的学习。

二.依赖很强的代码

暂时忘掉上一篇的内容，假装我们从未听说过OO工厂。下面是一个“依赖性很强”、没有使用工厂的PizzaStore版本。代码如下：

class DependentPizzaStore { public: Pizza* createPizza(const string& style, const string& type) { Pizza* pizza = nullptr; if (style == "NY") { if (type == "cheese") pizza = new NYStyleCheesePizza(); else if (type == "greek") pizza = new NYStyleGreekPizza(); else if (type == "pepperoni") pizza = new NYStylePepperoniPizza(); else return nullptr; } else if (style == "Chicago") { if (type == "cheese") pizza = new ChicagoStyleCheesePizza(); else if (type == "greek") pizza = new ChicagoStyleGreekPizza(); else if (type == "pepperoni") pizza = new ChicagoStylePepperoniPizza(); else return nullptr; } else return nullptr; pizza->prepare(); pizza->bake(); pizza->cut(); pizza->box(); return pizza; } };

这个类依赖了8个具体类，如果添加一个加州风味的Pizza，将会依赖12个类。

三.对象依赖

当直接实例化一个对象时，我们在依赖于其具体类。上面“非常依赖”的PizzaStore。它就在PizzaStore类中创建所有披萨对象，而不是委托给工厂。

如果我们画图表达该PizzaStore版本以及它依赖的所有对象，看起来像这样：

四.依赖倒置原则

很显然，在我们的代码中减少对具体类的依赖是一件“好事”。事实上，有一个OO设计原则正式阐明了这一点；这个原则甚至还有一个响亮又正式的名称：依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle）。

通用原则如下：

首先，这个原则听起来很像“针对接口编程，不针对实现编程”，对吧？是很像，但是，依赖倒置原则更强调抽象。该原则说明，高层组件不应该依赖于低层组件，而且，它们都应该依赖于抽象。

“高层”组件是一个类，其行为以其他“低层”组件的形式定义。

例如，PizzaStore是一个高层组件，因为它的行为以披萨的形式定义：PizzaStore创建所有不同的披萨对象、准备、烘焙、切片、装盒；而所有的披萨是低层组件。

现在，这个原则告诉我们，应该重新编写我们的代码，以便依赖于抽象，而不是具体类。这对高层模块和低层模块都适用。

我们来考虑把这个原则应用到我们“非常依赖”的PizzaStore实现......

五.应用原则

现在，“非常依赖”版PizzaStore的主要问题是，它依赖于每个披萨类型，因为实际上它是在自己的orderPizza()方法中，实例化具体类型。

虽然已经创建了一个抽象，即Pizza，不过我们是在代码中创建具体的Pizza，因此，这个抽象没有带来太多好处。

怎样将这些实例化从orderPizza()方法拿出来？正如我们知道的，工厂方法模式正好允许我们做到这一点。

因此，在我们应用工厂方法模式之后，图形看起来如下：

应用工厂方法之后，你会注意到，高层组件PizzaStore以及低层组件（也就是这些披萨）都依赖于抽象，Pizza。工厂方法不是唯一遵循依赖倒置原则的技巧，但它是最有威力的一个。

六.依赖倒置原则中，“倒置”在哪？

依赖倒置原则名称中的“倒置”，是因为它倒转了通常考虑OO设计的方式。看看上面的图，低层组件现在依赖于更高层的抽象。同样，高层组件也绑定到同一抽象。因此，之前自上而下的依赖图自己倒转过来了，高层和低层模块现在都依赖于抽象。

七.帮助我们遵循该原则的几条指南

变量不应该持有到具体类的引用（如果使用new，就会持有到具体类的引用。通过使用工厂来绕开！）
类不应该派生自具体类（如果派生自具体类，就会依赖具体类。派生自一个抽象类）
方法不应该覆盖其任何基类的已实现方法（如果覆盖已实现的方法，那么基类就不是一个真正适合被继承的抽象。基类中这些已实现的方法，应该由所有子类共享）

但是，如果我们完全遵循这几条指南，我们连一个简单的程序都写不出来。任何程序都有违反这些指南的地方！！！

我们应该尽量遵循，而不是当成任何时候都应该遵循的铁律。

但是，如果我们把这些指南融会贯通，在设计时藏在大脑深处，当违反原则时，我们会知道在违反原则，并且会有一个好的理由。例如，如果我们知道有一个类不可能变化，那么，在我们的代码中实例化一个具体类也不是世界末日。想一想，我们一直不假思索地实例化std::string对象，违反这个原则了吗？有。可以这么做吗？可以！为什么，因为std::string不可能改变。

另一方面，如果一个类有可能变化，可以用一些良好的技巧，像工厂方法，来封装变化。

八.原料工厂

为了确保加盟店使用高质量的原料，我们打算建造一家生产原料的工厂，并将原料配送到各家加盟店！

对于这个计划，现在只有一个问题：加盟店坐落在不同的区域，纽约的红酱料和芝加哥的红酱料是不一样的。因此，你有一组需要配送到纽约的原料，另一组不同的原料配送到芝加哥。我们来看得更仔细一点：

现在，我们打算建造一个工厂来创建原料。该工厂将负责创建原料家族中的每一个原料。换句话说，工厂需要创建面团、酱、芝士等。

我们首先为工厂定义一个接口，该接口创建所有原料：

class PizzaIngredientFactory { public: virtual Dough* createDough() = 0; virtual Sauce* createSauce() = 0; virtual Cheese* createCheese() = 0; virtual vector<Veggies*> createVeggies() = 0; virtual Pepperoni* createPepperoni() = 0; virtual Clams* createClam() = 0; };

有了这个接口，我们打算这样做：

为每个区域建造一个工厂。你需要创建一个PizzaIngredientFactory的子类来实现每个创建方法。
实现一组要和工厂一起使用的原料类，像ReggianoCheese、RedPeppers和ThickCrustDough。这些类可以在合适的区域之间共享。
然后，我们依然需要把所有这些连接起来，把新的原料工厂整合进老的PizzaStore代码。

纽约和芝加哥原料工厂代码如下：

Ingredient.h:

class NYPizzaIngredientFactory : public PizzaIngredientFactory { public: Dough* createDough() override; Sauce* createSauce() override; Cheese* createCheese() override; vector<Veggies*> createVeggies() override; Pepperoni* createPepperoni() override; Clams* createClam() override; }; class ChicagoPizzaIngredientFactory : public PizzaIngredientFactory { public: Dough* createDough() override; Sauce* createSauce() override; Cheese* createCheese() override; vector<Veggies*> createVeggies() override; Pepperoni* createPepperoni() override; Clams* createClam() override; };

Ingredient.cpp:

#include "Ingredient.h" Dough* NYPizzaIngredientFactory::createDough() { return new ThinCrustDough(); } Sauce* NYPizzaIngredientFactory::createSauce() { return new MarinaraSauce(); } Cheese* NYPizzaIngredientFactory::createCheese() { return new ReggianoChess(); } vector<Veggies*> NYPizzaIngredientFactory::createVeggies() { return { new Garlic(), new Onion(), new Mushroom(), new RedPepper() }; } Pepperoni* NYPizzaIngredientFactory::createPepperoni() { return new SlicedPepperoni(); } Clams* NYPizzaIngredientFactory::createClam() { return new FreshClams(); } Dough* ChicagoPizzaIngredientFactory::createDough() { return new ThickCrustDough(); } Sauce* ChicagoPizzaIngredientFactory::createSauce() { return new PlumTomatoSauce(); } Cheese* ChicagoPizzaIngredientFactory::createCheese() { return new MozzarellaCheese(); } vector<Veggies*> ChicagoPizzaIngredientFactory::createVeggies() { return { new BalckOlives(), new Spinach(), new EggPlant() }; } Pepperoni* ChicagoPizzaIngredientFactory::createPepperoni() { return new SlicedPepperoni(); } Clams* ChicagoPizzaIngredientFactory::createClam() { return new FrozenClams(); }

九.重做披萨

工厂已经一切就绪，要准备生产高质量原料了。现在，我们只需要重做我们的披萨，让它只使用工厂生产的原料。先从抽象Pizza类开始：

Pizza.h:

class Pizza { public: virtual void prepare() = 0; virtual void bake(); virtual void cut(); virtual void box(); const string& getName(); protected: string name; Dough* dough; Sauce* sauce; vector<Veggies*> veggies; Cheese* cheese; Pepperoni* pepperoni; Clams* clam; };

将prepare()变成纯虚函数。

Pizza.cpp:

void Pizza::bake() { cout << "350°烘焙25分钟" << endl; } void Pizza::cut() { cout << "将披萨按照对角线切割" << endl; } void Pizza::box() { cout << "将披萨装盒" << endl; } const string& Pizza::getName() { return name; }

其他的方法保持不变，除了prerpare方法。

NYCheesPizza和ChicagoCheesePizza代码：

Pizza.h:

class NYStyleCheesePizza : public Pizza { PizzaIngredientFactory* ingerdientFactory; public: NYStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory); void prepare() override; }; class ChicagoStyleCheesePizza : public Pizza { PizzaIngredientFactory* ingerdientFactory; public: ChicagoStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory); void prepare() override; void cut() override; };

Pizza.cpp:

NYStyleCheesePizza::NYStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory) { ingerdientFactory = factory; } void NYStyleCheesePizza::prepare() { cout << "prepare " << name << endl; dough = ingerdientFactory->createDough(); sauce = ingerdientFactory->createSauce(); veggies = ingerdientFactory->createVeggies(); cheese = ingerdientFactory->createCheese(); pepperoni = ingerdientFactory->createPepperoni(); clam = ingerdientFactory->createClam(); } ChicagoStyleCheesePizza::ChicagoStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory) { ingerdientFactory = factory; } void ChicagoStyleCheesePizza::prepare() { cout << "prepare " << name << endl; dough = ingerdientFactory->createDough(); sauce = ingerdientFactory->createSauce(); veggies = ingerdientFactory->createVeggies(); cheese = ingerdientFactory->createCheese(); pepperoni = ingerdientFactory->createPepperoni(); clam = ingerdientFactory->createClam(); } void ChicagoStyleCheesePizza::cut() { cout << "将披萨按照正方形线切割" << endl; }

prepare()方法一步一步地创建芝士披萨，每次需要原料时，就请工厂生产。

Pizza的代码用所组合的工厂生产披萨所用的原料。所生产的原料依赖所用的工厂。Pizza类不关心，它知道如何制作披萨。现在，Pizza从区域原料差异解耦，无论工厂是在奥斯汀、纳什维尔还是其他地方，Pizza类可以轻易地复用。

披萨店代码：

Pizza.h:

class PizzaStore { public: Pizza* orderPizza(string type); protected: virtual Pizza* createPizza(string type) = 0; }; class NYStylePizzaStore : public PizzaStore { private: Pizza* createPizza(string type) override; }; class ChicagoStylePizzaStore : public PizzaStore { private: Pizza* createPizza(string type) override; };

Pizza.cpp:

Pizza* PizzaStore::orderPizza(string type) { Pizza* pizza = createPizza(type); pizza->prepare(); pizza->bake(); pizza->cut(); pizza->box(); return pizza; } Pizza* NYStylePizzaStore::createPizza(string type) { Pizza* pizza = nullptr; PizzaIngredientFactory* ingredientFactory = new NYPizzaIngredientFactory(); if (type == "cheese") { //cout << "NYStyleCheesePizza" << endl; pizza = new NYStyleCheesePizza(ingredientFactory); pizza->setName("NYStyleCheesePizza"); } else if (type == "pepperoni") { cout << "NYStylePepperoniPizza" << endl; //pizza = new NYStylePepperoniPizza(); } else if (type == "greek") { cout << "NYStyleGreekPizza" << endl; //pizza = new NYStyleGreekPizza(); } return pizza; } Pizza* ChicagoStylePizzaStore::createPizza(string type) { Pizza* pizza = nullptr; PizzaIngredientFactory* ingredientFactory = new ChicagoPizzaIngredientFactory(); if (type == "cheese") { //cout << "ChicagoStyleCheesePizza" << endl; pizza = new ChicagoStyleCheesePizza(ingredientFactory); pizza->setName("ChicagoStyleCheesePizza"); } else if (type == "pepperoni") { cout << "ChicagoStylePepperoniPizza" << endl; //pizza = new ChicagoStylePepperoniPizza(); } else if (type == "greek") { cout << "ChicagoStyleGreekPizza" << endl; //pizza = new ChicagoStyleGreekPizza(); } return pizza; } NYStyleCheesePizza::NYStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory) { ingerdientFactory = factory; } void NYStyleCheesePizza::prepare() { cout << "prepare " << name << endl; dough = ingerdientFactory->createDough(); sauce = ingerdientFactory->createSauce(); veggies = ingerdientFactory->createVeggies(); cheese = ingerdientFactory->createCheese(); pepperoni = ingerdientFactory->createPepperoni(); clam = ingerdientFactory->createClam(); } ChicagoStyleCheesePizza::ChicagoStyleCheesePizza(PizzaIngredientFactory* factory) { ingerdientFactory = factory; } void ChicagoStyleCheesePizza::prepare() { cout << "prepare " << name << endl; dough = ingerdientFactory->createDough(); sauce = ingerdientFactory->createSauce(); veggies = ingerdientFactory->createVeggies(); cheese = ingerdientFactory->createCheese(); pepperoni = ingerdientFactory->createPepperoni(); clam = ingerdientFactory->createClam(); } void ChicagoStyleCheesePizza::cut() { cout << "将披萨按照正方形线切割" << endl; }

运行结果：

我们在点一个披萨时，先准备了原料，这些原料都是从抽象工厂获得的，然后再烘焙，切割，装盒。