abstract-factoryПаттерн “Абстрактная фабрика” (Abstract Factory) предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных объектов с определенными интерфейсами без указания конкретных типов данных объектов.

Когда использовать абстрактную фабрику

  • Когда система не должна зависеть от способа создания и компоновки новых объектов
  • Когда создаваемые объекты должны использоваться вместе и являются взаимосвязанными

Формальное определение паттерна на языке C# может выглядеть следующим образом:

class AbstractFactory
{
    public abstract AbstractProductA CreateProductA();
    public abstract AbstractProductB CreateProductB();
}
class ConcreteFactory1: AbstractFactory
{
    public override AbstractProductA CreateProductA()
    {
        return new ProductA1();
    }
         
    public override AbstractProductB CreateProductB()   
    {
        return new ProductB1();
    }
}
class ConcreteFactory2: AbstractFactory
{
    public override AbstractProductA CreateProductA()
    {
        return new ProductA2();
    }
         
    public override AbstractProductB CreateProductB()
    {
        return new ProductB2();
    }
}
 
abstract class AbstractProductA
{}
             
abstract class AbstractProductB    
{}
                 
class ProductA1: AbstractProductA  
{}
     
class ProductB1: AbstractProductB  
{}
 
class ProductA2: AbstractProductA  
{}
                 
class ProductB2: AbstractProductB      
{}     
             
class Client
{
    private AbstractProductA abstractProductA;
    private AbstractProductB abstractProductB;
 
    public Client(AbstractFactory factory)
    {
        abstractProductB = factory.CreateProductB();
        abstractProductA = factory.CreateProductA();
    }
    public void Run()
    { }
}

Паттерн определяет следующих участников:

  • Абстрактные классы AbstractProductA и AbstractProductB определяют интерфейс для классов, объекты которых будут создаваться в программе.
  • Конкретные классы ProductA1 / ProductA2 и ProductB1 / ProductB2 представляют конкретную реализацию абстрактных классов
  • Абстрактный класс фабрики AbstractFactory определяет методы для создания объектов. Причем методы возвращают абстрактные продукты, а не их конкретные реализации.
  • Конкретные классы фабрик ConcreteFactory1 и ConcreteFactory2 реализуют абстрактные методы базового класса и непосредственно определяют какие конкретные продукты использовать
  • Класс клиента Client использует класс фабрики для создания объектов. При этом он использует исключительно абстрактный класс фабрики AbstractFactory и абстрактные классы продуктов AbstractProductA и AbstractProductB и никак не зависит от их конкретных реализаций

Посмотрим, как мы можем применить паттерн. Например, мы делаем игру, где пользователь должен управлять некими супергероями, при этом каждый супергерой имеет определенное оружие и определенную модель передвижения. Различные супергерои могут определяться комплексом признаков. Например, эльф может летать и должен стрелять из арбалета, другой супергерой должен бегать и управлять мечом. Таким образом, получается, что сущность оружия и модель передвижения являются взаимосвязанными и используются в комплексе. То есть имеется один из доводов в пользу использования абстрактной фабрики.

И кроме того, наша задача при проектировании игры сделать способ создание абстрагировать создание супергероев от самого класса супергероя, чтобы создать более гибкую архитектуру. И для этого применим абстрактную фабрику:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Hero elf = new Hero(new ElfFactory());
        elf.Hit();
        elf.Run();
 
        Hero voin = new Hero(new VoinFactory());
        voin.Hit();
        voin.Run();
 
        Console.ReadLine();
    }
}
//абстрактный класс - оружие
abstract class Weapon
{
    public abstract void Hit();
}
// абстрактный класс движение
abstract class Movement
{
    public abstract void Move();
}
 
// класс арбалет
class Arbalet : Weapon
{
    public override void Hit()
    {
        Console.WriteLine("Стреляем из арбалета");
    }
}
// класс меч
class Sword : Weapon
{
    public override void Hit()
    {
        Console.WriteLine("Бьем мечом");
    }
}
// движение полета
class FlyMovement : Movement
{
    public override void Move()
    {
        Console.WriteLine("Летим");
    }
}
// движение - бег
class RunMovement : Movement
{
    public override void Move()
    {
        Console.WriteLine("Бежим");
    }
}
// класс абстрактной фабрики
abstract class HeroFactory
{
    public abstract Movement CreateMovement();
    public abstract Weapon CreateWeapon();
}
// Фабрика создания летящего героя с арбалетом
class ElfFactory : HeroFactory
{
    public override Movement CreateMovement()
    {
        return new FlyMovement();
    }
 
    public override Weapon CreateWeapon()
    {
            return new Arbalet();
    }
}
// Фабрика создания бегущего героя с мечом
class VoinFactory : HeroFactory
{
    public override Movement CreateMovement()
    {
        return new RunMovement();
    }
 
    public override Weapon CreateWeapon()
    {
        return new Sword();
    }
}
// клиент - сам супергерой
class Hero
{
    private Weapon weapon;
    private Movement movement;
    public Hero(HeroFactory factory)
    {
        weapon = factory.CreateWeapon();
        movement = factory.CreateMovement();
    }
    public void Run()
    {
        movement.Move();
    }
    public void Hit()
    {
        weapon.Hit();
    }
}

Таким образом, создание супергероя абстрагируется от самого класса супергероя. В то же время нельзя не отметить и недостатки шаблона. В частности, если нам захочется добавить в конфигурацию супергероя новый объект, например, тип одежды, то придется переделывать классы фабрик и класс супергероя. Поэтому возможности по расширению в данном паттерне имеют некоторые ограничения.

Реализация шаблона в общем виде

  • разрабатываем интерфейсы объектов семейства и Абстрактной фабрики;
  • создаем семейства объектов и реализации Абстрактной фабрики для них;
  • в программе, например, в зависимости от версии ОС, конфигурации или другого параметра, порождается необходимая реализация Абстрактной фабрики.
  • в дальнейшем используется только интерфейсы как Абстрактной фабрики, так и порождаемых ей объектов.

Примеры реализации

1. Стандартный подход

Наглядный пример Абстрактной фабрики это поддержка разных стилей графического интерфейса приложения. Предположим, у нас есть “стандартный” (Defalut GUI) и “раскрашенный” (Skinned GUI) вид окон и элементов управления.

Определим интерфейсы объектов и Абстрактной фабрики (методы и свойства убраны для краткости):

public interface IWindow { }
public interface IButton { }
public interface ITextBox { }
 
public interface IGUIFactory
{
    IWindow CreateWindow();
    IButton CreateButton();
    ITextBox CreateTextbox();
}

Создадим реализацию каждого семейства и их Абстрактной фабрики:

/// Default GUI
public class DefaultWindow : IWindow { }
public class DefaultButton : IButton { }
public class DefaultTextBox : ITextBox { }
 
public class DefaultGUIFactory : IGUIFactory
{
    public IWindow CreateWindow() { return new DefaultWindow(); }
    public IButton CreateButton() { return new DefaultButton(); }
    public ITextBox CreateTextbox() { return new DefaultTextBox(); }
}
 
/// Skinned GUI
public class SkinnedWindow : IWindow { }
public class SkinnedButton : IButton { }
public class SkinnedTextBox : ITextBox { }
 
public class SkinnedGUIFactory : IGUIFactory
{
    public IWindow CreateWindow() { return new SkinnedWindow(); }
    public IButton CreateButton() { return new SkinnedButton(); }
    public ITextBox CreateTextbox() { return new SkinnedTextBox(); }
}

Все готово и осталось только рассмотреть пример использования. Пусть это будет метод, создающий окно для ввода строки пользователем:

public string GetUserInput(IGUIFactory guiFactory)
{
    // Create UI elements
    IWindow wndInput = guiFactory.CreateWindow();
    IButton btnOk = guiFactory.CreateButton();
    IButton btnCancel = guiFactory.CreateButton();
    ITextBox tbInput = guiFactory.CreateTextbox();
 
    // TODO: Setup the window and elements
    wndInput.AddChild(btnOk);
    wndInput.AddChild(btnCancel);
    wndInput.AddChild(tbInput);
 
    // TODO: Show dialog
    // TODO: Get the result
 
    return tbInput.GetText();
}

При вызове этого метода, необходимо передать ему экземпляр нужной Абстрактной фабрики (DefaultGUIFactory или SkinnedGUIFactory) для получения окна заданного вида.

2. Использование generics (общих типов/шаблонов)

Очень часто процесс создания классов, реализующих один и тот же интерфейс, идентичен. В таких случаях код Абстрактных фабрик будет отличаться только именами классов. Поэтому вполне логично использовать generics. Предыдущий вариант можно переделать вот так:

public class GUIFactoryGeneric<TWindow, TButton, TTextBox> : IGUIFactory
    where TWindow : IWindow, new()
    where TButton : IButton, new()
    where TTextBox : ITextBox, new()
{
    public IWindow CreateWindow() { return new TWindow(); }
    public IButton CreateButton() { return new TButton(); }
    public ITextBox CreateTextbox() { return new TTextBox(); }
}
 
public class DefaultGUIFactory :
    GUIFactoryGeneric<DefaultWindow, DefaultButton, DefaultTextBox> { };
 
public class SkinnedGUIFactory :
    GUIFactoryGeneric<SkinnedWindow, SkinnedButton, SkinnedTextBox> { };

Но есть проблема: данный вариант не может гарантировать, что с помощью GUIFactoryGeneric порождается именно семейство объектов. Что, ну кроме здравого смысла, мешает написать вот такой странный код: GUIFactoryGeneric<SkinnedWindow, DefaultButton, DefaultTextBox>? Хотя, это может быть даже просто опечатка.

Для решения этой проблемы скроем generic-класс внутри статического. А для создания экземпляров Абстрактной Фабрики используем параметризованный Фабричный метод.

public static class GUI
{
    private class GUIFactoryGeneric<TWindow, TButton, TTextBox> : IGUIFactory
        where TWindow : IWindow, new()
        where TButton : IButton, new()
        where TTextBox : ITextBox, new()
    {
        public IWindow CreateWindow() { return new TWindow(); }
        public IButton CreateButton() { return new TButton(); }
        public ITextBox CreateTextbox() { return new TTextBox(); }
    }
 
    public enum Style { Default, Skinned }
 
    public static IGUIFactory GetFactory(Style guiStyle)
    {
        switch (guiStyle) {
            case Style.Default:
                return new GUIFactoryGeneric<DefaultWindow, DefaultButton, DefaultTextBox>();
 
            case Style.Skinned:
                return new GUIFactoryGeneric<SkinnedWindow, SkinnedButton, SkinnedTextBox>();
        }
 
        throw new ArgumentException("An invalid guiStyle: " + guiStyle.ToString());
    }
}

Теперь, используя GetFactory(), можно создавать только заданные реализации Абстрактной Фабрики.