【设计模式】 模式PK：抽象工厂模式VS建造者模式

1、概述

　　抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式则是不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品，两者的区别还是比较明显的。

　　现代化的汽车工厂能够批量生产汽车（不考虑手工打造的豪华车）。不同的工厂生产不同的汽车，宝马工厂生产宝马牌子的车，奔驰工厂生产奔驰牌子的车。车不仅具有不同品牌，还有不同的用途分类，如商务车Van，运动型车SUV等，我们按照两种设计模式分别实现车辆的生产过程。

2、抽象工厂模式生产车辆

2.1 类图

　　按照抽象工厂模式，首先需要定义一个抽象的产品接口即汽车接口，然后宝马和奔驰分别实现该接口，由于它们只具有了一个品牌属性，还没有定义一个具体的型号，属于对象的抽象层次，每个具体车型由其子类实现，如R系列的奔驰车是商务车，X系列的宝马车属于SUV，我们来看类图。

　　在类图中，产品类很简单，我们从两个维度看产品：品牌和车型，每个品牌下都有两个车型，如宝马SUV，宝马商务车等，同时我们又建造了两个工厂，一个专门生产宝马车的宝马工厂BMWFactory，一个是生产奔驰车的奔驰车生产工厂BenzFactory。当然，汽车工厂也有两个不同的维度，可以建立这样两个工厂：一个专门生产SUV车辆的生产工厂，生产宝马SUV和奔驰SUV，另外一个工厂专门生成商务车，分别是宝马商务车和奔驰商务车，这样设计在技术上是完全可行的，但是在业务上是不可行的，为什么？这是因为你看到过有一个工厂既能生产奔驰SUV也能生产宝马SUV吗？这是不可能的，因为业务受限，除非是国内的山寨工厂。

2.2 代码

2.2.1 产品类

class CICar
{
public:
    CICar(){};
    ~CICar(){};
    //汽车的生产商， 也就是牌子
    virtual string msGetBand() = 0;
    virtual string msGetModel() = 0;
};

　　在产品接口中我们定义了车辆有两个可以查询的属性：品牌和型号，奔驰车和宝马车是两个不同品牌的产品，但不够具体，只是知道它们的品牌而已，还不能够实例化，因此还是一个抽象类。

2.2.2 抽象宝马车

class CAbsBMW :public CICar
{
public:
    CAbsBMW() { msBand = "宝马汽车"; }
    ~CAbsBMW(){};

    //宝马车
    string msGetBand(){ return msBand; }
    
    // 型号由具体的实现类实现
    virtual string msGetModel() = 0;

private:
    string msBand;
};

　　抽象产品类中实现了产品的类型定义，车辆的型号没有实现，两实现类分别实现商务车和运动型车。

2.2.3 宝马商务车

class CBMWVan : public CAbsBMW
{
public:
    CBMWVan(){ msModel = "7系列车型商务车"; };
    ~CBMWVan(){};

    string msGetModel(){ return msModel; };

private:
    string msModel;
};

2.2.4 宝马SUV

class CBMWSuv : public CAbsBMW
{
public:
    CBMWSuv(){ msModel = "X系列车型SUV"; };
    ~CBMWSuv(){};

    string msGetModel(){ return msModel; };

private:
    string msModel;
};

2.2.5 奔驰抽象类

　　奔驰车与宝马车类似，都已经有清晰品牌定义，但是型号还没有确认，也是一个抽象的产品类。

class CAbsBenz :public CICar
{
public:
    CAbsBenz() { msBand = "奔驰汽车"; }
    ~CAbsBenz(){};

    //奔驰车
    string msGetBand(){ return msBand; }

    // 型号由具体的实现类实现
    virtual string msGetModel() = 0;

private:
    string msBand;
};

2.2.6 奔驰商务车

　　由于分类的标准是相同的，因此奔驰车也应该有商务车和运动车两个类型。

class CBenzVan : public CAbsBenz
{
public:
    CBenzVan(){ msModel = "R系列商务车"; };
    ~CBenzVan(){};

    string msGetModel(){ return msModel; };

private:
    string msModel;
};

2.2.7 奔驰SUV

class CBenzSuv : public CAbsBenz
{
public:
    CBenzSuv(){ msModel = "G系列SUV"; };
    ~CBenzSuv(){};

    string msGetModel(){ return msModel; };

private:
    string msModel;
};

2.2.8 抽象工厂

　　所有的产品类都已经实现了，剩下的工作就是要定义工厂类进行生产，由于产品类型多样，也导致了必须有多个工厂类来生产不同产品，首先就需要定义一个抽象工厂，声明每个工厂必须完成的职责。

　　抽象工厂定义了每个工厂必须生产两个类型车：SUV（运动车）和VAN（商务车），否则一个工厂就不能被实例化

class CICarFactory
{
public:
    CICarFactory(){};
    ~CICarFactory(){};
    virtual CICar * mopCreateSuv() = 0;
    virtual CICar * mopCreateVan() = 0;
};

2.2.9 宝马车工厂

class CBMWFactory : public CICarFactory
{
public:
    CBMWFactory(){};
    ~CBMWFactory(){};

    //生产SUV
    CICar * mopCreateSuv() { return new CBMWSuv; }

    //生产商务车
    CICar * mopCreateVan() { return new CBMWVan; }
};

　　很简单，你要我生产宝马商务车，没问题，直接产生一个宝马商务车对象，返回给调用者，这对调用者来说根本不需要关心到底是怎么生产的，它只要找到一个宝马工厂，即可生产出自己需要的产品（汽车）。

2.2.10 奔驰车工厂

class CBenzFactory : public CICarFactory
{
public:
    CBenzFactory(){};
    ~CBenzFactory(){};

    //生产SUV
    CICar * mopCreateSuv() { return new CBenzSuv; }

    //生产商务车
    CICar * mopCreateVan() { return new CBenzVan; }
};

2.2.11 调用场景

　　产品和工厂都具备了，剩下的工作就是建立一个场景类模拟调用者调用

int main()
{
    //要求生产一辆奔驰SUV
    cout << "===要求生产一辆奔驰SUV===" << endl;
    //首先找到生产奔驰车的工厂
    cout << "A、 找到奔驰车工厂" << endl;
    CICarFactory *op_factory = new CBenzFactory;
    //开始生产奔驰SUV
    cout << "B、 开始生产奔驰SUV" << endl;
    CICar *op_benz_suv = op_factory->mopCreateSuv();
    //生产完毕， 展示一下车辆信息
    cout << "C、 生产出的汽车如下： " << endl;
    cout << "汽车品牌： " << op_benz_suv->msGetBand().c_str() << endl;
    cout << "汽车型号： " << op_benz_suv->msGetModel().c_str() << endl;

    return 0;
}

2.2.12 运行结果

2.2.13 小结

　　对外界调用者来说，只要更换一个具备相同结构的对象，即可发生非常大的改变，如我们原本使用BenzFactory生产汽车，但是过了一段时间后，我们的系统需要生产宝马汽车，这对系统来说不需要很大的改动，只要把工厂类使用BMWFactory代替即可，立刻可以生产出宝马车，注意这里生产的是一辆完整的车，对于一个产品，只要给出产品代码（车类型）即可生产，抽象工厂模式把一辆车认为是一个完整的、不可拆分的对象。它注重完整性，一个产品一旦找到一个工厂生产，那就是固定的型号，不会出现一个宝马工厂生产奔驰车的情况。

3、造者模式生产车辆

　　那现在的问题是我们就想要一辆混合的车型，如奔驰的引擎，宝马的车轮，那该怎么处理呢？使用我们的建造者模式！

3.1 类图

　　按照建造者模式设计一个生产车辆需要把车辆进行拆分，拆分成引擎和车轮两部分，然后由建造者进行建造，想要什么车，你只要有设计图纸就成，马上可以制造一辆车出来。它注重的是对零件的装配、组合、封装，它从一个细微构件装配角度看待一个对象。我们来看生产车辆的类图。

　　注意看我们类图中的蓝图类Blueprint，它负责对产品建造过程定义。既然要生产产品，那必然要对产品进行一个描述，在类图中我们定义了一个接口来描述汽车。

　　车辆产品描述，我们定义一辆车必须有车轮和引擎

class CICar
{
public:
    //汽车车轮
    virtual string msGetWheel() = 0;
    //汽车引擎
    virtual string msGetEngine() = 0;
};

3.2 代码

3.2.1 具体车辆

class CCar
{
public:
    CCar(const string &sEngine, const string &sWheel)
    {
        msEngine = sEngine;
        msWheel = sWheel;
    };

    ~CCar(){};

    //汽车车轮
    string msGetWheel()  { return msWheel;  };
    //汽车引擎
    string msGetEngine() { return msEngine;  };

    string msGetInfo(){ return "车的轮子是： " + msWheel + "
车的引擎是： " + msEngine; }

private:
    //汽车引擎
    string msEngine;
    //汽车车轮
    string msWheel;
};

　　简单定义产品的属性，明确对产品的描述。我们继续来思考，因为我们的产品是比较抽象的，它没有指定引擎的型号，也没有指定车轮的牌子，那么这样的组合方式有很多，完全要靠建造者来建造，建造者说要生产一辆奔驰SUV那就得用奔驰的引擎和奔驰的车轮，该建造者对于一个具体的产品来说是绝对的权威，我们来描述一下建造者。

3.2.2 抽象建造者

class CCarBuilder
{
public:
    CCarBuilder() {};
    ~CCarBuilder(){};
    // 接收一份设计蓝图
    void mvSetBlueprint(CBlueprint *opBlueprint){ mopBluprint = opBlueprint; };
    CCar *mopBuildCar() { return new CCar(msBuildEngine(), msBuildWheel()); };

protected:
    // 查看蓝图， 只有真正的建造者才可以查看蓝图
    CBlueprint *mopGetBlueprint() { return mopBluprint; };
    virtual string msBuildWheel() = 0;
    virtual string msBuildEngine() = 0;

protected:
    //设计蓝图
    CBlueprint *mopBluprint;
};

　　看到Blueprint类了，它中文的意思是“蓝图”，你要建造一辆车必须有一个设计样稿或者蓝图吧，否则怎么生产？怎么装配？该类就是一个可参考的生产样本。

3.2.3 生产蓝图

class CBlueprint
{
public:
    string msGetWheel(){ return msWheel; }
    void mvSetWheel(const string &sWheel){ msWheel = sWheel; }

    string msGetEngine(){ return msEngine; }
    void mvSetEngine(const string &sEngine) { msEngine = sEngine; }

private:
    string msWheel;
    string msEngine;
};

　　这和一个具体的产品Car类是一样的？错，不一样！它是一个蓝图，是一个可以参考的模板，有一个蓝图可以设计出非常多的产品，如有一个R系统的奔驰商务车设计蓝图，我们就可以生产出一系列的奔驰车。它指导我们的产品生产，而不是一个具体的产品。我们来看宝马车建造车间。

3.2.4 宝马车建造车间

class CBMWBuilder : public CCarBuilder
{
public:
    CBMWBuilder(){};
    ~CBMWBuilder(){};
    string msBuildWheel() { return mopBluprint->msGetWheel(); }
    string msBuildEngine() { return mopBluprint->msGetEngine(); }
};

　　这是非常简单的类。只要获得一个蓝图，然后按照蓝图制造引擎和车轮即可，剩下的事情就交给抽象的建造者进行装配。奔驰车间与此类似。

3.2.5 奔驰车建造车间

class CBenzBuilder : public CCarBuilder
{
public:
    CBenzBuilder(){};
    ~CBenzBuilder(){};
    string msBuildWheel() { return mopBluprint->msGetWheel(); }
    string msBuildEngine() { return mopBluprint->msGetEngine(); }
};

　　两个建造车间都已经完成，那现在的问题就变成了怎么让车间运作，谁来编写蓝图？谁来协调生产车间？谁来对外提供最终产品？于是导演类出场了，它不仅仅有每个车间需要的设计蓝图，还具有指导不同车间装配顺序的职责。

3.2.6 导演类

class CDirector
{
public:
    CDirector()
    {
        mopBenzBuilder = new CBenzBuilder;
        mopBMWBuilder = new CBMWBuilder;
    }

    ~CDirector(){};

    //生产奔驰SUV
    CCar *mopCreateBenzSuv()
    {
        //制造出汽车
        return mopCreateCar(mopBenzBuilder, "benz的引擎", "benz的轮胎");
    }

    // 生产出一辆宝马商务车
    CCar *mopCreateBMWVan()
    {
        return mopCreateCar(mopBMWBuilder, "BMW的引擎", "BMW的轮胎");
    }

    // 生产出一个混合车型
    CCar *mopCreateComplexCar()
    {
        return mopCreateCar(mopBMWBuilder, "BMW的引擎", "benz的轮胎");
    }

private:
     // 生产车辆
     CCar *mopCreateCar(CCarBuilder *opCarBuilder, const string &sEngine, const string &sWheel)
     {
        //导演怀揣蓝图
         CBlueprint *op_bp = new CBlueprint();
         op_bp->mvSetEngine(sEngine);
         op_bp->mvSetWheel(sWheel);
        opCarBuilder->mvSetBlueprint(op_bp);

        return opCarBuilder->mopBuildCar();
    }

private:
    CCarBuilder *mopBenzBuilder;
    CCarBuilder *mopBMWBuilder;
};

　　这里有一个私有方法mopCreateCar，其作用是减少导演类中的方法对蓝图的依赖，全部由该方法来完成。

3.2.7 场景调用

int main()
{
    //定义出导演类
    CDirector o_director;

    //给我一辆奔驰车SUV
    cout << "===制造一辆奔驰SUV===" << endl;
    CCar *op_benz_suv = o_director.mopCreateBenzSuv();
    cout << op_benz_suv->msGetInfo().c_str() << endl;

    //给我一辆宝马商务车
    cout << "===制造一辆宝马商务车===" << endl;
    CCar *op_bmw_van = o_director.mopCreateBMWVan();
    cout << op_bmw_van->msGetInfo().c_str() << endl;

    //给我一辆混合车型
    cout << "===制造一辆混合车===" << endl;
    CCar *op_complex_car = o_director.mopCreateComplexCar();
    cout << op_complex_car->msGetInfo().c_str() << endl;

    return 0;
}

3.2.8 调用结果

　　场景类只要找到导演类（也就是车间主任了）说给我制造一辆这样的宝马车，车间主任马上通晓你的意图，设计了一个蓝图，然后命令建造车间拼命加班加点建造，最终返回给你一件最新出品的产品，运行结果如下所示

3.2.9 小结

　　注意最后一个运行结果片段，我们可以立刻生产出一辆混合车型，只要有设计蓝图，这非常容易实现。反观我们的抽象工厂模式，它是不可能实现该功能的，因为它更关注的是整体，而不关注到底用的是奔驰引擎还是宝马引擎，而我们的建造者模式却可以很容易地实现该设计，市场信息变更了，我们就可以立刻跟进，生产出客户需要的产品。

4、总结

　　注意看上面的描述，我们在抽象工厂模式中使用“工厂”来描述构建者，而在建造者模式中使用“车间”来描述构建者，其实我们已经在说它们两者的区别了，抽象工厂模式就好比是一个一个的工厂，宝马车工厂生产宝马SUV和宝马VAN，奔驰车工厂生产奔驰车SUV和奔驰VAN，它是从一个更高层次去看对象的构建，具体到工厂内部还有很多的车间，如制造引擎的车间、装配引擎的车间等，但这些都是隐藏在工厂内部的细节，对外不公布。也就是对领导者来说，他只要关心一个工厂到底是生产什么产品的，不用关心具体怎么生产。而建造者模式就不同了，它是由车间组成，不同的车间完成不同的创建和装配任务，一个完整的汽车生产过程需要引擎制造车间、引擎装配车间的配合才能完成，它们配合的基础就是设计蓝图，而这个蓝图是掌握在车间主任（导演类）手中，它给建造车间什么蓝图就能生产什么产品，建造者模式更关心建造过程。虽然从外界看来一个车间还是生产车辆，但是这个车间的转型是非常快的，只要重新设计一个蓝图，即可产生不同的产品，这有赖于建造者模式的功劳。

　　相对来说，抽象工厂模式比建造者模式的尺度要大，它关注产品整体，而建造者模式关注构建过程，因此建造者模式可以很容易地构建出一个崭新的产品，只要导演类能够提供具体的工艺流程。也正因为如此，两者的应用场景截然不同，如果希望屏蔽对象的创建过程，只提供一个封装良好的对象，则可以选择抽象工厂方法模式。而建造者模式可以用在构件的装配方面，如通过装配不同的组件或者相同组件的不同顺序，可以产生出一个新的对象，它可以产生一个非常灵活的架构，方便地扩展和维护系统。