추상 팩토리 패턴은 연관성이 있는 객체 군을 생성하기 위한 인터페이스를 제공한다.

Motivation

웹 애플리케이션을 개발할 때, 사용자의 웹 브라우저나 운영체제에 따라 다양한 UI 컴포넌트를 다르게 제공해야 할 수 있다. 이때, 운영체제에 따라 다른 UI 컴포넌트들을 하나의 일관된 인터페이스로 제공하는 것이 필요하다. 예를 들어, Button, TextField와 같은 UI 컴포넌트를 운영체제에 맞는 객체로 생성해야 하는데, 이를 각각 다르게 처리하려면 기존 코드에서 복잡한 조건문을 사용해야 한다.

추상 팩토리 패턴을 사용하면 각 운영체제에 맞는 객체를 생성하는 일관된 방법을 제공할 수 있다.

Applicability

  • 객체가 생성되거나 구성, 표현되는 방식과 무관하게 시스템을 독립적으로 만들고자 할 때
  • 여러 제품군 중 하나를 선택해 시스템을 설정해야 하고, 한 번 구성한 제품을 다른 제품으로 대체할 수도 있을 때
  • 관련된 제품 객체들이 함께 사용되도록 설계되었고, 이 부분에 대한 제약이 외부에서도 지켜지도록 하고 싶을 때
  • 제품에 대한 클래스 라이브러리를 제공하고, 이들의 구현이 아닌 인터페이스를 노출시키고 싶을 때

Structure

abstract factory pattern structure

  • AbstractFactory: 개념적 제품에 대한 객체를 생성하는 연산으로 인터페이스를 정의
  • ConcreteFactory: 구체적인 제품에 대한 객체를 생성하는 연산을 구현
  • AbstractProduct: 개념적 제품에 대한 인터페이스를 정의
  • ConcreteProduct: 팩토리가 생성할 객체를 정의하고, AbstractProduct가 정의하는 인터페이스를 구현
  • Client: AbstractFactory와 AbstractProduct 클래스에 선언된 인터페이스를 사용

Consequences

  1. 구체적인 클래스를 분리한다.

    제품 객체를 생성하는 과정과 책임을 캡슐화한 것이기 때문에 구체적인 구현 클래스는 사용자에게서 분리된다.

  2. 제품군을 쉽게 대체할 수 있다.

  3. 제품 사이 일관성을 증진시킨다.

    애플리케이션은 한 번에 오직 한 군에서 만든 객체를 사용하도록 하여 프로그램의 일관성을 갖도록 한다.

  4. 새로운 종류의 제품을 제공하기 어렵다.

    새로운 컴포넌트를 만들기 위한 확장이 쉽지 않다. 새로운 컴포넌트를 추가하려면 추상 팩토리와 모든 서브클래스의 변경이 필요하다.

Implementation

  1. 팩토리를 싱글톤으로 정의한다.

    일반적으로 애플리케이션은 한 제품군에 대해 하나의 ConcreteFactory 인스턴스만 있으면 된다.

  2. 제품을 생성한다.

    추상 팩토리는 단지 제품을 생성하기 위한 인터페이스를 선언하는 것이고, 그것을 생성하는 책임은 Product의 서브클래스인 ConcreteProduct에 있다. 이를 위한 공통적인 방법은 각 제품을 위해 팩토리 메서드를 정의하는 것이다. 추상 팩토리는 각 제품 생성을 위한 팩토리 메서드를 오버라이드하여 각 제품의 인스턴스를 만든다.

  3. 확장 가능한 팩토리들을 정의한다.

    추상 팩토리에는 생성할 각 제품의 종류별로 서로 다른 연산(CreateProductA(), CreateProductB())을 정의한다. 새로운 종류의 제품이 추가되면 추상 팩토리의 인터페이스에 새로운 연산을 추가해야 한다. 조금 더 유연하게 구현하려면 Make()와 같은 메서드로 생성할 제품의 식별자(매개변수)를 넘길 수 있다.

Sample Code

미로 생성에 추상 팩토리 패턴을 사용해보자. MazeFactory 클래스는 미로의 컴포넌트들을 생성한다.

class MazeFactory {
public:
    MazeFactory();
    
    virtual Maze* MakeMaze() const
    { return new Maze; }
    virtual Wall* MakeWall() const
    { return new Wall; }
    virtual Room* MakeRoom(int n) const
    { return new Room(n); }
    virtual Door* MakeDoor(Room* r1, Room* r2) const
    { return new Door(r1, r2); }
};

MazeGame의 CreateMaze() 멤버 함수는 다른 멤버 함수를 이용해 방 두 개의 미로를 만든다. 기존 CreateMaze() 함수는 클래스 이름을 하드코딩해놨기 때문에 서로 다른 컴포넌트를 가지고 미로를 만들어 내기가 힘들다.

다음은 MazeFactory를 매개변수로 받아 이 문제를 해결한 CreateMaze() 함수다.

Maze* MazeGame::CreateMaze(MazeFactory& factory) {
    Maze* aMaze = factory.MakeMaze();
    Room* r1 = factory.MakeRoom(1);
    Room* r2 = factory.MakeRoom(2);
    Door* aDoor = factory.MakeDoor(r1, r2);
    
    aMaze->AddRoom(r1);
    aMaze->AddRoom(r2);
    
    r1->SetSide(North, factory.MakeWall());
    r1->SetSide(East, aDoor);
    r1->SetSide(South, factory.MakeWall());
    r1->SetSide(West, factory.MakeWall());
    
    r2->SetSide(North, factory.MakeWall());
    r2->SetSide(East, factory.MakeWall());
    r2->SetSide(South, factory.MakeWall());
    r2->SetSide(West, aDoor);
    
    return aMaze;
}

또한 폭탄이 장착된 방을 만들고 싶다면, 방에 폭탄이 있는지 추적하고 관리하는 클래스를 Room의 서브클래스로 만들면 된다. 또한 방의 폭탄이 터진 후 벽에 손상이 갔을 때 벽의 모습의 바뀌도록 하려면, Wall의 새로운 서브클래스를 만들면 된다.

Wall* BombedMazeFactory::MakeWall() const {
    return new BombedWall;
}

Room* BombedMazeFactory::MakeRoom(int n) const {
    return new RoomWithABomb(n);
}

폭탄이 들어있는 미로를 만들려면 BombedMazeFactory를 CreateMaze에 넘겨 호출하면 된다.

MazeGame game;
BombedMazeFactory factory;    // 생성하고자 하는 요소를 생성하는 MazeFactory의 서브클래스인 BombedMazeFactory의 인스턴스 정의

game.CreateMaze(factory);    // CreateMaze 메서드 호출 시 생성의 책임을 지닐 BombedMazeFactory 인스턴스를 매개변수로 전달

또한 마법이 걸린 미로를 만들려면 마찬가지로 EnchantedMazeFactory를 MazeFactory에서 서브클래싱한 후, 멤버 함수를 재정의하여 Room, Wall을 상속하는 다른 서브클래스의 인스턴스를 반환하게 한뒤 CreateMaze에 넘겨주면 된다.

class EnchantedMazeFactory : public MazeFactory {  // MazeFactory를 상속받아 부모 클래스에 정의된 연산을 재정의한 후 구체적인 요소를 생성하여 반환하도록 구현하는 서브클래스
public:
    EnchantedMazeFactory();
    virtual Room* MakeRoom(int n) const
    { return new EnchantedRoom(n, CastSpell()); }   // Room을 상속받은 EnchantedRoom의 인스턴스를 생성하여 반환
    
    virtual Door* MakeDoor(Room* r1, Room* r2) const
    { return new DoorNeedingSpell(r1, r2); }        // Door를 상속받은 DoorNeedingSpell의 인스턴스를 생성하여 반환
    
protected:
    Spell* CastSpell() const;
};