Abstract Factory を C++ で

Abstract Factory は、生成に関するデザインパターンのひとつで、具象クラスを指定することなく、プロダクト（訳注：本パターンでは、生成されるモノのことを一般にプロダクトと呼びます）のファミリー全部を生成することを可能とします。

Abstract Factory は、個々のプロダクト全部を作成するためのインターフェースを定義しますが、実際のプロダクト作成の作業は、具象クラスに委ねられます。ファクトリーの型（クラス）それぞれは、特定のプロダクトの異種に対応します。

クライアント・コードは、コンストラクター呼び出し（new 演算子）で直接プロダクトを作成する代わりにファクトリー・オブジェクトの作成メソッドを呼び出します。ファクトリーはプロダクトの特定の異種に対応しているため、すべてのプロダクトには互換性があります。

クライアント・コードは、その抽象インターフェイスを通じてのみファクトリーやプロダクトとやりとりします。このため、クライアント・コードはファクトリー・オブジェクトによって作成された任意のプロダクトの異種と動作します。プログラマーがやるべきことは、新しい具象ファクトリー・クラスを作成し、それをクライアント・コードに渡すことです。

もし各種ファクトリー系のパターンやコンセプトの違いで迷った場合は、ファクトリーの比較をご覧ください。

Abstract Factory の詳細

複雑度：

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使用例： Abstract Factory パターンは、 C++ コードではよく見かけます。多くのフレームワークやライブラリーが、その標準コンポーネントを拡張したりカスタマイズするためにこのパターンを使います。

見つけ方： このパターンは、ファクトリー・オブジェクトを返すメソッドに注目すれば、簡単に見つけられます。そしてファクトリーを使ってサブコンポーネントが作成されます。

概念的な例

この例は、 Abstract Factory デザインパターンの構造を説明するためのものです。以下の質問に答えることを目的としています：

どういうクラスからできているか？
それぞれのクラスの役割は？
パターンの要素同士はどう関係しているのか？

main.cc: 概念的な例

/**
 * Each distinct product of a product family should have a base interface. All
 * variants of the product must implement this interface.
 */
class AbstractProductA {
 public:
  virtual ~AbstractProductA(){};
  virtual std::string UsefulFunctionA() const = 0;
};

/**
 * Concrete Products are created by corresponding Concrete Factories.
 */
class ConcreteProductA1 : public AbstractProductA {
 public:
  std::string UsefulFunctionA() const override {
    return "The result of the product A1.";
  }
};

class ConcreteProductA2 : public AbstractProductA {
  std::string UsefulFunctionA() const override {
    return "The result of the product A2.";
  }
};

/**
 * Here's the the base interface of another product. All products can interact
 * with each other, but proper interaction is possible only between products of
 * the same concrete variant.
 */
class AbstractProductB {
  /**
   * Product B is able to do its own thing...
   */
 public:
  virtual ~AbstractProductB(){};
  virtual std::string UsefulFunctionB() const = 0;
  /**
   * ...but it also can collaborate with the ProductA.
   *
   * The Abstract Factory makes sure that all products it creates are of the
   * same variant and thus, compatible.
   */
  virtual std::string AnotherUsefulFunctionB(const AbstractProductA &collaborator) const = 0;
};

/**
 * Concrete Products are created by corresponding Concrete Factories.
 */
class ConcreteProductB1 : public AbstractProductB {
 public:
  std::string UsefulFunctionB() const override {
    return "The result of the product B1.";
  }
  /**
   * The variant, Product B1, is only able to work correctly with the variant,
   * Product A1. Nevertheless, it accepts any instance of AbstractProductA as an
   * argument.
   */
  std::string AnotherUsefulFunctionB(const AbstractProductA &collaborator) const override {
    const std::string result = collaborator.UsefulFunctionA();
    return "The result of the B1 collaborating with ( " + result + " )";
  }
};

class ConcreteProductB2 : public AbstractProductB {
 public:
  std::string UsefulFunctionB() const override {
    return "The result of the product B2.";
  }
  /**
   * The variant, Product B2, is only able to work correctly with the variant,
   * Product A2. Nevertheless, it accepts any instance of AbstractProductA as an
   * argument.
   */
  std::string AnotherUsefulFunctionB(const AbstractProductA &collaborator) const override {
    const std::string result = collaborator.UsefulFunctionA();
    return "The result of the B2 collaborating with ( " + result + " )";
  }
};

/**
 * The Abstract Factory interface declares a set of methods that return
 * different abstract products. These products are called a family and are
 * related by a high-level theme or concept. Products of one family are usually
 * able to collaborate among themselves. A family of products may have several
 * variants, but the products of one variant are incompatible with products of
 * another.
 */
class AbstractFactory {
 public:
  virtual AbstractProductA *CreateProductA() const = 0;
  virtual AbstractProductB *CreateProductB() const = 0;
};

/**
 * Concrete Factories produce a family of products that belong to a single
 * variant. The factory guarantees that resulting products are compatible. Note
 * that signatures of the Concrete Factory's methods return an abstract product,
 * while inside the method a concrete product is instantiated.
 */
class ConcreteFactory1 : public AbstractFactory {
 public:
  AbstractProductA *CreateProductA() const override {
    return new ConcreteProductA1();
  }
  AbstractProductB *CreateProductB() const override {
    return new ConcreteProductB1();
  }
};

/**
 * Each Concrete Factory has a corresponding product variant.
 */
class ConcreteFactory2 : public AbstractFactory {
 public:
  AbstractProductA *CreateProductA() const override {
    return new ConcreteProductA2();
  }
  AbstractProductB *CreateProductB() const override {
    return new ConcreteProductB2();
  }
};

/**
 * The client code works with factories and products only through abstract
 * types: AbstractFactory and AbstractProduct. This lets you pass any factory or
 * product subclass to the client code without breaking it.
 */

void ClientCode(const AbstractFactory &factory) {
  const AbstractProductA *product_a = factory.CreateProductA();
  const AbstractProductB *product_b = factory.CreateProductB();
  std::cout << product_b->UsefulFunctionB() << "\n";
  std::cout << product_b->AnotherUsefulFunctionB(*product_a) << "\n";
  delete product_a;
  delete product_b;
}

int main() {
  std::cout << "Client: Testing client code with the first factory type:\n";
  ConcreteFactory1 *f1 = new ConcreteFactory1();
  ClientCode(*f1);
  delete f1;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "Client: Testing the same client code with the second factory type:\n";
  ConcreteFactory2 *f2 = new ConcreteFactory2();
  ClientCode(*f2);
  delete f2;
  return 0;
}

Output.txt: 実行結果

Client: Testing client code with the first factory type:
The result of the product B1.
The result of the B1 collaborating with the (The result of the product A1.)

Client: Testing the same client code with the second factory type:
The result of the product B2.
The result of the B2 collaborating with the (The result of the product A2.)