設計模式精講（三）：抽象工廠模式——產品族的統一創建介面

模式意圖

提供一個介面，讓用戶端在不指定具體類別的情況下，創建一組「相關或相依」的物件（即產品族）。

解決的核心問題

• 系統需支援多組「風格一致」的產品（如：Windows/Linux/Mac 風格的按鈕、視窗、捲軸）。
• 用戶端程式碼不應硬編碼具體產品類別，否則切換風格需大幅修改。
• 確保同一族群的產品協同工作（不會混搭 Windows 按鈕 + Mac 視窗）。

適用場景

1. 系統有多個產品族，每次只使用其中一族。
2. 產品之間有相依/約束關係，必須成套創建。
3. 想將具體實現與用戶端解耦，支援執行期切換族群（如換膚、跨平台 UI）。

結構圖解

+----------------+       +---------------------+
| AbstractFactory|◄──────| ConcreteFactory1  │  (WinFactory)
| +createButton()|       | +createButton()    │
| +createWindow()|       | +createWindow()    │
+----------------+       +---------------------+
        ▲                         ▲
        │                         │
        │         +---------------------+
        └────────►| ConcreteFactory2  │  (MacFactory)
                  | +createButton()    │
                  | +createWindow()    │
                  +---------------------+

AbstractProductA (Button) ◄── WinButton, MacButton
AbstractProductB (Window) ◄── WinWindow, MacWindow

關鍵代碼骨架 (C++17)

// 抽象產品
struct Button { virtual void paint() = 0; virtual ~Button() = default; };
struct Window { virtual void render() = 0; virtual ~Window() = default; };

// 具體產品 (Windows 風格)
struct WinButton : Button { void paint() override { puts("WinButton"); } };
struct WinWindow : Window { void render() override { puts("WinWindow"); } };

// 具體產品 (Mac 風格)
struct MacButton : Button { void paint() override { puts("MacButton"); } };
struct MacWindow : Window { void render() override { puts("MacWindow"); } };

// 抽象工廠
struct GUIFactory {
    virtual std::unique_ptr createButton() = 0;
    virtual std::unique_ptr createWindow() = 0;
    virtual ~GUIFactory() = default;
};

// 具體工廠
struct WinFactory : GUIFactory {
    std::unique_ptr createButton() override { return std::make_unique(); }
    std::unique_ptr createWindow() override { return std::make_unique(); }
};
struct MacFactory : GUIFactory {
    std::unique_ptr createButton() override { return std::make_unique(); }
    std::unique_ptr createWindow() override { return std::make_unique(); }
};

// 用戶端：完全面向介面程式設計
void buildUI(GUIFactory& factory) {
    auto btn = factory.createButton();
    auto win = factory.createWindow();
    btn->paint();
    win->render();
}

int main() {
    WinFactory wf; buildUI(wf);  // 輸出 WinButton, WinWindow
    MacFactory mf; buildUI(mf);  // 輸出 MacButton, MacWindow
}

生活化類比

衣櫃 = 具體工廠，成套服裝 = 產品族：

• 商務衣櫃 → 西裝上衣 + 西裝褲 + 風衣（商務族）
• 休閒衣櫃 → T恤 + 牛仔褲 + 衛衣（休閒族）
• 你不會從商務衣櫃拿 T恤、從休閒衣櫃拿西裝褲 → 工廠保證族群一致性。

優缺點權衡

經典應用實例

1. 跨平台 GUI 庫：SWT、Qt 風格插件、Java AWT `Toolkit` 抽象工廠。
2. 資料庫驅動：`Connection`、`Statement`、`ResultSet` 為產品族，`Driver` 為工廠（JDBC `DriverManager` 扮演工廠的工廠）。
3. 遊戲陣營單位：人族/獸族/神族各自的兵營、農民、戰士形成族群。
4. 主題換膚：淺色/深色/高對比度主題 → 各自的按鈕、面板、字型。

使用注意事項

• 產品等級易擴展，產品族難擴展：新增「工具提示」產品等級 → 只需在抽象工廠加 `createTooltip()`，各具體工廠實作即可，不動用戶端。
• 若產品族固定、等級常變 → 改用建造者模式或原型模式。
• 依賴注入容器（Spring `@Autowired`、`std::unique_ptr` 工廠參數）可進一步解耦工廠選擇邏輯。

抽象工廠是「產品族一致性」的守門員。記住：族固定、等級變 → 抽象工廠適合；族常變、等級固定 → 別用它。