Абстрактная фабрика (шаблон проектирования)

Шаблон проектирования

Абстрактная фабрика
Abstract factory
Тип:	порождающий
Описан в Design Patterns	Да

Абстрактная фабрика (англ. Abstract factory) — порождающий шаблон проектирования, позволяющий изменять поведение системы, варьируя создаваемые объекты, при этом сохраняя интерфейсы. Он позволяет создавать целые группы взаимосвязанных объектов, которые, будучи созданными одной фабрикой, реализуют общее поведение. Шаблон реализуется созданием абстрактного класса Factory, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы (например, для оконного интерфейса он может создавать окна и кнопки). Затем пишутся наследующиеся от него классы, реализующие этот интерфейс.

Цель

Предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных или взаимозависимых объектов, не специфицируя их конкретных классов.

Плюсы

• изолирует конкретные классы;
• упрощает замену семейств продуктов;
• гарантирует сочетаемость продуктов.

Минусы

• сложно добавить поддержку нового вида продуктов.

Применимость

• Система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты.
• Входящие в семейство взаимосвязанные объекты должны использоваться вместе и вам необходимо обеспечить выполнение этого ограничения.
• Система должна конфигурироваться одним из семейств составляющих ее объектов.
• Требуется предоставить библиотеку объектов, раскрывая только их интерфейсы, но не реализацию.

Пример Java

Исходный текст на языке Java

        public abstract class FinancialToolsFactory {
                public abstract TaxProcessor createTaxProcessor();
                public abstract ShipFeeProcessor createShipFeeProcessor();
        }
 
        public abstract class ShipFeeProcessor {
                abstract void calculateShipFee(Order order);
        }
 
        public abstract class TaxProcessor {
                abstract void calculateTaxes(Order order);
        }
 
        // Factories
        public class CanadaFinancialToolsFactory extends FinancialToolsFactory {
                public TaxProcessor createTaxProcessor() {
                        return new CanadaTaxProcessor();
                }
                public ShipFeeProcessor createShipFeeProcessor() {
                        return new CanadaShipFeeProcessor();
                }
        }
 
        public class EuropeFinancialToolsFactory extends FinancialToolsFactory {
                public TaxProcessor createTaxProcessor() {
                        return new EuropeTaxProcessor();
                }
                public ShipFeeProcessor createShipFeeProcessor() {
                        return new EuropeShipFeeProcessor();
                }
        }
 
        // Products
        public class EuropeShipFeeProcessor extends ShipFeeProcessor {
                public void calculateShipFee(Order order) {
                // insert here Europe specific ship fee calculation
                }
        }       
 
        public class CanadaShipFeeProcessor extends ShipFeeProcessor {
                public void calculateShipFee(Order order) {
                // insert here Canada specific ship fee calculation
                }
        }
 
        public class EuropeTaxProcessor extends TaxProcessor {
                public void calculateTaxes(Order order) {
                        // insert here Europe specific taxt calculation
                }
        }
 
        public class CanadaTaxProcessor extends TaxProcessor {
                public void calculateTaxes(Order order) {
                        // insert here Canada specific taxt calculation
                }
        }
 
        // Client
        public class OrderProcessor {
                private TaxProcessor taxProcessor;
                private ShipFeeProcessor shipFeeProcessor;
 
                public OrderProcessor(FinancialToolsFactory factory) {
                        taxProcessor = factory.createTaxProcessor();
                        shipFeeProcessor = factory.createShipFeeProcessor();    
                }
                public void processOrder (Order order)  {
                        // ....
                        taxProcessor.calculateTaxes(order);
                        shipFeeProcessor.calculateShipFee(order);
                        // ....
                }
        }
 
        // Integration with the overall application
        enum CountryCode {
                EU,
                CA
        }
 
        public class Application {
                public static void main(final String... args) {
                        // .....
                        final CountryCode countryCode = CountryCode.EU;
 
                        final FinancialToolsFactory factory;
                        switch (countryCode) {
                                case EU:
                                        factory = new EuropeFinancialToolsFactory();
                                        break;
                                case CA:
                                        factory = new CanadaFinancialToolsFactory();
                                        break;
                                default:
                                        throw new IllegalStateException();
                        }
 
                        final OrderProcessor orderProcessor = new OrderProcessor(factory);
                        orderProcessor.processOrder(new Order());
                }
        }

Пример С++

Исходный текст на языке C++

#include <iostream>
 
// AbstractProductA
class ICar
{
public:
        virtual void printName() = 0;
        virtual ~ICar(){}
};
 
// ConcreteProductA1
class Ford : public ICar
{
public:
        virtual void printName() 
        { 
                std::cout << "Ford" << std::endl; 
        }
};
 
// ConcreteProductA2
class Toyota : public ICar
{
public:
        virtual void printName() 
        { 
                std::cout << "Toyota" << std::endl; 
        }
};
 
// AbstractProductB
class IEngine
{
public:
        virtual void printPower() = 0;
        virtual ~IEngine(){}
};
 
// ConcreteProductB1
class FordEngine : public IEngine
{
public:
        virtual void printPower() 
        { 
                std::cout << "Ford Engine 4.4" << std::endl; 
        }
};
 
// ConcreteProductB2
class ToyotaEngine : public IEngine
{
public:
        virtual void printPower() 
        { 
                std::cout << "Toyota Engine 3.2" << std::endl; 
        }
};
 
 
// AbstractFactory
class ICarFactory
{
public:
        virtual ICar*     createCar()    = 0;
        virtual IEngine*  createEngine() = 0;
};
 
// ConcreteFactory1
class FordFactory : public ICarFactory
{
public:
        // from ICarFactory
        virtual ICar* createCar()
        {
                return new Ford();
        }
 
        virtual IEngine* createEngine()
        {
                return new FordEngine();
        }
};
 
// ConcreteFactory2
class ToyotaFactory : public ICarFactory
{
public:
        // from ICarFactory
        virtual ICar* createCar()
        {
                return new Toyota();
        }
 
        virtual IEngine* createEngine()
        {
                return new ToyotaEngine();
        }
};
 
 
void use(ICarFactory* f)
{
        ICar*     myCar     =  f->createCar();
        IEngine*  myEngine  =  f->createEngine();
 
        myCar->printName();
        myEngine->printPower();
 
        delete myCar;
        delete myEngine;
}
 
 
int main()
{
        ToyotaFactory   toyotaFactory;
        FordFactory     fordFactory;
 
        use (&toyotaFactory);
        use (&fordFactory);
 
        return 0;
}

Пример С#

Исходный текст на языке C#

  using System;
 
  class MainApp
  {
    public static void Main()
    {
      // Abstract factory #1
      AbstractFactory factory1 = new ConcreteFactory1();
      Client c1 = new Client(factory1);
      c1.Run();
 
      // Abstract factory #2
      AbstractFactory factory2 = new ConcreteFactory2();
      Client c2 = new Client(factory2);
      c2.Run();
 
      // Wait for user input
      Console.Read();
    }
  }
 
  // "AbstractFactory"
 
  abstract class AbstractFactory
  {
    public abstract AbstractProductA CreateProductA();
    public abstract AbstractProductB CreateProductB();
  }
 
  // "ConcreteFactory1"
 
  class ConcreteFactory1 : AbstractFactory
  {
    public override AbstractProductA CreateProductA()
    {
      return new ProductA1();
    }
    public override AbstractProductB CreateProductB()
    {
      return new ProductB1();
    }
  }
 
  // "ConcreteFactory2"
 
  class ConcreteFactory2 : AbstractFactory
  {
    public override AbstractProductA CreateProductA()
    {
      return new ProductA2();
    }
    public override AbstractProductB CreateProductB()
    {
      return new ProductB2();
    }
  }
 
  // "AbstractProductA"
 
  abstract class AbstractProductA
  {
  }
 
  // "AbstractProductB"
 
  abstract class AbstractProductB
  {
    public abstract void Interact(AbstractProductA a);
  }
 
  // "ProductA1"
 
  class ProductA1 : AbstractProductA
  {
  }
 
  // "ProductB1"
 
  class ProductB1 : AbstractProductB
  {
    public override void Interact(AbstractProductA a)
    {
      Console.WriteLine(this.GetType().Name +
        " interacts with " + a.GetType().Name);
    }
  }
 
  // "ProductA2"
 
  class ProductA2 : AbstractProductA
  {
  }
 
  // "ProductB2"
 
  class ProductB2 : AbstractProductB
  {
    public override void Interact(AbstractProductA a)
    {
      Console.WriteLine(this.GetType().Name +
        " interacts with " + a.GetType().Name);
    }
  }
 
  // "Client" - the interaction environment of the products
 
  class Client
  {
    private AbstractProductA abstractProductA;
    private AbstractProductB abstractProductB;
 
    // Constructor
    public Client(AbstractFactory factory)
    {
      abstractProductB = factory.CreateProductB();
      abstractProductA = factory.CreateProductA();
    }
 
    public void Run()
    {
      abstractProductB.Interact(abstractProductA);
    }
  }

Пример JavaScript

Исходный текст на языке JavaScript

// AbstractProducts
// создаем абстрактные классы продуктов
 
        // AbstractProductA
        // "интерфейс" пошлины за перевозку
        function ShipFeeProcessor() {
                this.calculate = function(order) { };
        }
 
        // AbstractProductB
        // "интерфейс" налога
        function TaxProcessor() {
                this.calculate = function(order) { };
        }
 
 
// Products
// создаем реализацию абстрактных классов
 
        // Product A1
        // класс для расчета пошлины за перевозку для Европы
        function EuropeShipFeeProcessor() {
                this.calculate = function(order) {
                        // перегрузка метода calculate ShipFeeProcessor
                        return 11 + order;
                };
        }
        EuropeShipFeeProcessor.prototype = new ShipFeeProcessor();
        EuropeShipFeeProcessor.prototype.constructor = EuropeShipFeeProcessor;
 
        // Product A2
        // класс для расчета пошлины за перевозку для Канады
        function CanadaShipFeeProcessor() {
                this.calculate = function(order) {
                        // перегрузка метода calculate ShipFeeProcessor
                        return 12 + order;
                };
        }
        CanadaShipFeeProcessor.prototype = new ShipFeeProcessor();
        CanadaShipFeeProcessor.prototype.constructor = CanadaShipFeeProcessor;
 
        // Product B1
        // класс для расчета налогов для Европы
        function EuropeTaxProcessor() {
                this.calculate = function(order) {
                        // перегрузка метода calculate TaxProcessor
                        return 21 + order;
                };
        }
        EuropeTaxProcessor.prototype = new TaxProcessor();
        EuropeTaxProcessor.prototype.constructor = EuropeTaxProcessor;
 
        // Product B2
        // класс для расчета налогов для Канады
        function CanadaTaxProcessor() {
                this.calculate = function(order) {
                        // перегрузка метода calculate TaxProcessor
                        return 22 + order;
                };
        }
        CanadaTaxProcessor.prototype = new TaxProcessor();
        CanadaTaxProcessor.prototype.constructor = CanadaTaxProcessor;
 
 
// AbstractFactory
// "интерфейс" фабрики
        function FinancialToolsFactory() {
                this.createShipFeeProcessor = function() {};
                this.createTaxProcessor = function() {};
        };
 
 
// Factories
 
        // ConcreteFactory1
        // Европейская фабрика будет возвращать нам экземпляры классов...
        function EuropeFinancialToolsFactory() {
                this.createShipFeeProcessor = function() {
                        // ...для расчета пошлины за перевозку для Европы
                        return new EuropeShipFeeProcessor();
                };
                this.createTaxProcessor = function() {
                        // ...для расчета налогов для Европы
                        return new EuropeTaxProcessor();
                };
        };
        EuropeFinancialToolsFactory.prototype = new FinancialToolsFactory();
        EuropeFinancialToolsFactory.prototype.constructor = EuropeFinancialToolsFactory;
 
        // ConcreteFactory2
        // аналогично, Канадская фабрика будет возвращать нам экземпляры классов...
        function CanadaFinancialToolsFactory() {
                this.createShipFeeProcessor = function() {
                        // ...для расчета пошлины за перевозку для Канады
                        return new CanadaShipFeeProcessor();
                };
                this.createTaxProcessor = function() {
                        // ...для расчета налогов для Канады
                        return new CanadaTaxProcessor();
                };
        };
        CanadaFinancialToolsFactory.prototype = new FinancialToolsFactory();
        CanadaFinancialToolsFactory.prototype.constructor = CanadaFinancialToolsFactory;
 
 
// Client
// класс для заказа товара
        function OrderProcessor() {
                var taxProcessor;
                var shipFeeProcessor;
 
                this.orderProcessor = function(factory) {
                        // метод создает экземпляры классов для:
                        shipFeeProcessor = factory.createShipFeeProcessor(); // расчета пошлин за перевозку
                        taxProcessor = factory.createTaxProcessor(); // расчета налогов
                };
 
                this.processOrder = function(order)     {
                        // когда экземпляры классов для расчета созданы, нам надо только воспользоваться ими
                        // ...
                        var resShipFee = shipFeeProcessor.calculate(order);
                        var resTax = taxProcessor.calculate(order);
                        // ...
                };
 
                this.debug = function(str, order) {
                        // для наглядности
                        alert(str +": "+ shipFeeProcessor.calculate(order) +", "+ taxProcessor.calculate(order));
                };
        }
 
 
// использование
 
var eu = new OrderProcessor(); // создаем "пустой" класс для заказа товара
eu.orderProcessor(new EuropeFinancialToolsFactory()); // передаем ему новый экземпляр нужной нам фабрики
eu.processOrder(100); // производим заказ
eu.debug("eu", 100); // тест выведет: "eu: 111, 121"
 
var ca = new OrderProcessor();
ca.orderProcessor(new CanadaFinancialToolsFactory());
ca.processOrder(0);
ca.debug("ca", 0); // тест выведет: "ca: 12, 22"

Пример Delphi

Исходный текст на языке Delphi

program AbstractFactory;
 
{$APPTYPE CONSOLE}
 
uses
  SysUtils;
type
 
 
  ICar = class
  public
    procedure PrintName();virtual;abstract;
  end;
 
  Ford = class(ICar)
  public
    procedure PrintName();override;
  end;
 
  Toyota = class(ICar)
  public
    procedure PrintName();override;
  end;
 
  IEngine = class
  public
    procedure PrintPower();virtual;abstract;
  end;
 
  FordEngine = class(IEngine)
  public
    procedure PrintPower();override;
  end;
 
  ToyotaEngine = class(IEngine)
  public
    procedure PrintPower();override;
  end;
 
  ICarFactory = class
  public
    function CreateCar():ICar;virtual;abstract;
    function CreateEngine():IEngine;virtual;abstract;
  end;
 
  FordFactory = class(ICarFactory)
  public
    function CreateCar():ICar;override;
    function CreateEngine():IEngine;override;
  end;
 
  ToyotaFactory = class(ICarFactory)
  public
    function CreateCar():ICar;override;
    function CreateEngine():IEngine;override;
  end;
 
 
 
 
 
{ Ford }
 
procedure Ford.PrintName;
begin
  inherited;
  writeln('Ford');
 
end;
 
{ Toyota }
 
procedure Toyota.PrintName;
begin
  inherited;
  writeln('Toyota');
end;
 
{ FordEngine }
 
procedure FordEngine.PrintPower;
begin
  inherited;
  writeln('Ford Engine 4.4');
end;
 
{ ToyotaEngine }
 
procedure ToyotaEngine.PrintPower;
begin
  inherited;
  writeln('Toyota Engine 3.2');
end;
 
{ FordFactory }
 
function FordFactory.CreateCar: ICar;
begin
  Result:=Ford.Create;
end;
 
function FordFactory.CreateEngine: IEngine;
begin
  Result:=FordEngine.Create;
end;
{ ToyotaFactory }
 
function ToyotaFactory.CreateCar: ICar;
begin
  Result:=Toyota.Create;
end;
 
function ToyotaFactory.CreateEngine: IEngine;
begin
  Result:=ToyotaEngine.Create;
end;
 
 
procedure use(f:ICarFactory);
var c:ICar;
    e:IEngine;
begin
  c:=f.CreateCar();
  e:=f.CreateEngine();
  c.PrintName();
  e.PrintPower();
  c.Free();
  e.Free();
end;
 
var aToyotaFactory:ToyotaFactory;
      aFordFactory:FordFactory;
begin
  aToyotaFactory:=ToyotaFactory.Create;
  aFordFactory:=FordFactory.Create;
  use(aToyotaFactory);
  use(aFordFactory);
 
  aToyotaFactory.Free();
  aFordFactory.Free();
  readln;
end.

Пример Python

На практике в Python этот паттерн применяется редко.

Исходный код на языке Python

# -*- coding: utf-8 -*-
 
 
class BaseVehicle(object):
    def get_message(self):
        raise NotImplementedError()
 
 
class Airplane(BaseVehicle):
    """Самолет"""
    def __init__(self):
        self.message = 'I am airplane'
 
    def get_message(self):
        return self.message
 
 
class Car(BaseVehicle):
    """Машина"""
    def __init__(self):
        self.message = 'I am car'
 
    def get_message(self):
        return self.message
 
 
class VehicleFactory(object):
    """Фабрика средств передвижения"""
    objects = {
        'car': Car,
        'airplane': Airplane,
        'default': Airplane,
    }
 
    def get_vehicle(self, name='default'):
        return self.objects[name]()
 
 
factory = VehicleFactory()
car = factory.get_vehicle('car')
airplane = factory.get_vehicle('airplane')
 
print car.get_message()  # I am car
print airplane.get_message()  # I am airplane

Пример PHP5

Исходный текст на языке PHP5

<?php
interface GUIFactory {
    public function createButton();
}
 
class WinFactory implements GUIFactory {
    public function createButton() {
        return(new WinButton());
    }
}
 
class LinFactory implements GUIFactory {
    public function createButton() {
        return(new LinButton());
    }
}
 
abstract class Button {
    private $_caption;
    public abstract function render();
 
    public function getCaption(){
        return $this->_caption;
    }
    public function setCaption($caption){
        $this->_caption = $caption;
    }
}
 
class WinButton extends Button {
    public function render() {
        echo "I am WinButton: ".$this->getCaption();
    }
}
 
class LinButton extends Button {
    public function render() {
        echo "I am LinButton: ".$this->getCaption();
    }
}
####
/**
* Класс инкапсулирует логику конструирования алгоритма создания каких-либо структур
* например (GUI, алгоритмов доступа к БД, и т.д.). Класс ничего "не знает" о платформе, на которой он работает.
*/
class Application {
    public function __construct(GUIFactory $factory) {
                $button = $factory->createButton();
                $button->setCaption("Start");
                $button->render();
    }
}
 
/**
* Класс определяет платформу на которой работает и в соответствии от неё создаёт "класс-клиент", использующий "продукты"
* (в данном случае создание кнопок), с передаваемым параметром, определённой фабрики, в использование "клиентом".   
*/
class ApplicationRunner {
    public static function run() {
        new Application(self::createOsSpecificFactory());
    }
 
    public static function createOsSpecificFactory() {
                $sys = substr(PHP_OS, 0, 3);
                if (strtoupper($sys) === 'WIN') {
                    return new WinFactory();
                } else {
                    return new LinFactory();
                }
    }
}
 
ApplicationRunner::run();

Пример VB.NET

Исходный текст на языке VB.NET

Class Program
 
    Public Shared Sub Main()
        'Абстрактная фабрика #1
        Dim Factory1 As AbstractFactory = New ConcreteFactory1()
        Dim C1 As New Client(Factory1)
        C1.Run()
 
        'Абстрактная фабрика #2
        Dim Factory2 As AbstractFactory = New ConcreteFactory2()
        Dim C2 As New Client(Factory2)
        C2.Run()
 
        'Ожидание пользователя
        Console.Read()
    End Sub
 
End Class
 
' "AbstractFactory"
MustInherit Class AbstractFactory
    Public MustOverride Function CreateProductA() As AbstractProductA
    Public MustOverride Function CreateProductB() As AbstractProductB
End Class
 
' "ConcreteFactory1"
Class ConcreteFactory1
    Inherits AbstractFactory
 
    Public Overrides Function CreateProductA() As AbstractProductA
        Return New ProductA1()
    End Function
 
    Public Overrides Function CreateProductB() As AbstractProductB
        Return New ProductB1()
    End Function
End Class
 
' "ConcreteFactory2"
 
Class ConcreteFactory2
    Inherits AbstractFactory
 
    Public Overrides Function CreateProductA() As AbstractProductA
        Return New ProductA2()
    End Function
 
    Public Overrides Function CreateProductB() As AbstractProductB
        Return New ProductB2()
    End Function
End Class
 
' "AbstractProductA"
MustInherit Class AbstractProductA
End Class
 
' "AbstractProductB"
MustInherit Class AbstractProductB
    Public MustOverride Sub Interact(ByVal a As AbstractProductA)
End Class
 
' "ProductA1"
Class ProductA1
    Inherits AbstractProductA
End Class
 
' "ProductB1"
Class ProductB1
    Inherits AbstractProductB
 
    Public Overrides Sub Interact(ByVal a As AbstractProductA)
        Console.WriteLine(Me.[GetType]().Name & " взаимодействует с " & a.[GetType]().Name)
    End Sub
End Class
 
' "ProductA2"
 
Class ProductA2
    Inherits AbstractProductA
End Class
 
' "ProductB2"
Class ProductB2
    Inherits AbstractProductB
 
    Public Overrides Sub Interact(ByVal a As AbstractProductA)
        Console.WriteLine(Me.[GetType]().Name & " взаимодействует с " & a.[GetType]().Name)
    End Sub
End Class
 
'"Client" - Среда взаимодействия с продуктами
Class Client
    Private abstractProductA As AbstractProductA
    Private abstractProductB As AbstractProductB
 
    'Конструктор
    Public Sub New(ByVal factory As AbstractFactory)
        abstractProductB = factory.CreateProductB()
        abstractProductA = factory.CreateProductA()
    End Sub
 
    Public Sub Run()
        abstractProductB.Interact(abstractProductA)
    End Sub
End Class

Пример Ruby

Исходный текст на языке Ruby

class WinFactory
  def create_button
    WinButton.new
  end
end
 
class LinFactory
  def create_button
    LinButton.new
  end
end
 
class Button
  attr_accessor :caption
end
 
class WinButton < Button
  def render
    puts "I`m WinButton #{@caption}"
  end
end
 
class LinButton < Button
  def render
    puts "I`m LinButton #{@caption}"
  end
end
 
class Application
  def initialize(factory)
    button = factory.create_button
    button.caption = 'Start'
    button.render
  end
end
 
 
class ApplicationRunner
  def self.run
    Application.new(self.createOsSpecificFactory)
  end
 
  def self.createOsSpecificFactory
    if RUBY_PLATFORM.downcase.include?("mswin")
      WinFactory.new
    else
      LinFactory.new
    end
  end
end
 
ApplicationRunner.run

Литература

• Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования = Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. — СПб: «Питер», 2007. — С. 366. — ISBN 978-5-469-01136-1 (также ISBN 5-272-00355-1)

См. также

• Шаблоны проектирования

Ссылки

• Паттерн Abstract Factory (абстрактная фабрика) — назначение, описание, реализация на С++, достоинства и недостатки

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.