一、抽象工廠模式
抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）是一種創(chuàng)建型設(shè)計模式，它提供一個接口用于創(chuàng)建相關(guān)或依賴對象的家族，而無需指定它們的具體類。
在需要高兼容性的嵌入式系統(tǒng)中，抽象工廠模式能顯著降低多平臺適配成本，確保硬件組件間的兼容性，是構(gòu)建可移植嵌入式框架的核心模式。
抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）與簡單工廠模式有很多相似之處。我們先做個對比：
特性簡單工廠模式抽象工廠模式嵌入式應(yīng)用單一設(shè)備驅(qū)動管理整套硬件平臺適配適用場景產(chǎn)品類型少且變化不頻繁需要創(chuàng)建多個相關(guān)產(chǎn)品的系統(tǒng)抽象級別產(chǎn)品級別抽象工廠級別抽象創(chuàng)建對象單個產(chǎn)品產(chǎn)品家族（多個相關(guān)產(chǎn)品）工廠類型單一工廠類抽象工廠+多個具體工廠實現(xiàn)類擴展性添加新產(chǎn)品需修改工廠類添加新產(chǎn)品族只需新增工廠類
簡單工廠模式適用于產(chǎn)品類型少且變化不頻繁的場景。如嵌入式中對單一設(shè)備驅(qū)動管理，比如管理LCD驅(qū)動：
抽象工廠模式適用于需要創(chuàng)建多個相關(guān)產(chǎn)品的系統(tǒng)。如嵌入式中對整個硬件平臺的管理。
抽象工廠模式的核心包含四個關(guān)鍵部分：
- 抽象工廠（Abstract Factory）：聲明創(chuàng)建一系列產(chǎn)品的方法。
- 具體工廠（Concrete Factory）：實現(xiàn)抽象工廠的方法，創(chuàng)建具體產(chǎn)品。
- 抽象產(chǎn)品（Abstract Product）：聲明產(chǎn)品接口。
- 具體產(chǎn)品（Concrete Product）：實現(xiàn)抽象產(chǎn)品接口，定義具體產(chǎn)品。
其中，第2~4點就是簡單工廠模式的要點。即簡單工廠模式加上第1點的抽象工廠這個要點就構(gòu)成了抽象工廠模式。
二、嵌入式：多平臺硬件抽象層
設(shè)備需要支持不同平臺（STM32/ESP32等），每個平臺有兼容的輸入、輸出驅(qū)動。
1、代碼
#include
#include
// 抽象產(chǎn)品（Abstract Product）
typedefstruct {
void (*Init)(void);
void (*Draw)(int x, int y);
} DisplayDriver;
typedefstruct {
void (*Init)(void);
bool (*ReadButton)(void);
} InputDriver;
// 具體產(chǎn)品實現(xiàn) - STM32平臺
void stm32_disp_init(void) {
printf("STM32 Display Initialized\n");
}
void stm32_draw(int x, int y) {
printf("STM32 Drawing at (%d, %d)\n", x, y);
}
void stm32_button_init(void) {
printf("STM32 Button Initialized\n");
}
bool stm32_read_button(void) {
printf("STM32 Button Read\n");
returntrue; // 模擬按下狀態(tài)
}
// 具體產(chǎn)品實現(xiàn) - ESP32平臺
void esp32_disp_init(void) {
printf("ESP32 Display Initialized\n");
}
void esp32_draw(int x, int y) {
printf("ESP32 Drawing at (%d, %d)\n", x, y);
}
void esp32_button_init(void) {
printf("ESP32 Button Initialized\n");
}
bool esp32_read_button(void) {
printf("ESP32 Button Read\n");
returnfalse; // 模擬未按下狀態(tài)
}
// 抽象工廠（Abstract Factory）
typedefstruct {
DisplayDriver display;
InputDriver input;
} HWPlatform;
// 具體工廠（Concrete Factory） - STM32平臺
const HWPlatform stm32_platform = {
{stm32_disp_init, stm32_draw},
{stm32_button_init, stm32_read_button}
};
// 具體工廠（Concrete Factory） - ESP32平臺
const HWPlatform esp32_platform = {
{esp32_disp_init, esp32_draw},
{esp32_button_init, esp32_read_button}
};
int main() {
// 選擇平臺 - 通過定義USE_STM32宏來選擇
#if defined(USE_STM32)
constchar* platform_name = "STM32";
const HWPlatform* platform = &stm32_platform;
#else
constchar* platform_name = "ESP32";
const HWPlatform* platform = &esp32_platform;
#endif
printf("Running on %s platform\n", platform_name);
// 初始化顯示
platform->display.Init();
// 初始化輸入
platform->input.Init();
// 繪制圖形
platform->display.Draw(10, 20);
platform->display.Draw(30, 40);
// 讀取按鈕狀態(tài)
bool buttonState = platform->input.ReadButton();
printf("Button state: %s\n", buttonState ? "PRESSED" : "RELEASED");
return0;
}
C ++版本：
#include
#include
// 抽象產(chǎn)品接口
struct DisplayDriver {
void (*Init)(void);
void (*Draw)(int x, int y);
};
struct InputDriver {
void (*Init)(void);
bool (*ReadButton)(void);
};
// 具體產(chǎn)品實現(xiàn) - STM32平臺
namespace STM32 {
void DisplayInit() {
std::cout << "[STM32] Display initialized\n";
}
void DisplayDraw(int x, int y) {
std::cout << "[STM32] Drawing at (" << x << ", " << y << ")\n";
}
void InputInit() {
std::cout << "[STM32] Input initialized\n";
}
bool InputReadButton() {
std::cout << "[STM32] Reading button\n";
returntrue; // 模擬按鈕被按下
}
}
// 具體產(chǎn)品實現(xiàn) - ESP32平臺
namespace ESP32 {
void DisplayInit() {
std::cout << "[ESP32] Display initialized\n";
}
void DisplayDraw(int x, int y) {
std::cout << "[ESP32] Drawing at (" << x << ", " << y << ")\n";
}
void InputInit() {
std::cout << "[ESP32] Input initialized\n";
}
bool InputReadButton() {
std::cout << "[ESP32] Reading button\n";
returnfalse; // 模擬按鈕未被按下
}
}
// 抽象工廠
class HWPlatform {
public:
const DisplayDriver& GetDisplayDriver() const { return display; }
const InputDriver& GetInputDriver() const { return input; }
virtual void PrintPlatformInfo() const {
std::cout << "Generic Hardware Platform\n";
}
protected:
DisplayDriver display;
InputDriver input;
};
// 具體工廠 - STM32平臺
class STM32Platform :public HWPlatform {
public:
STM32Platform() {
display.Init = STM32::DisplayInit;
display.Draw = STM32::DisplayDraw;
input.Init = STM32::InputInit;
input.ReadButton = STM32::InputReadButton;
}
void PrintPlatformInfo() const override {
std::cout << "\n=== STM32 Hardware Platform ===\n";
}
};
// 具體工廠 - ESP32平臺
class ESP32Platform :public HWPlatform {
public:
ESP32Platform() {
display.Init = ESP32::DisplayInit;
display.Draw = ESP32::DisplayDraw;
input.Init = ESP32::InputInit;
input.ReadButton = ESP32::InputReadButton;
}
void PrintPlatformInfo() const override {
std::cout << "\n=== ESP32 Hardware Platform ===\n";
}
};
// 使用示例
int main() {
std::cout << "=== Embedded Hardware Platform Demo ===\n";
// 平臺選擇
#if defined(USE_STM32)
STM32Platform platform;
std::cout << "Selected platform: STM32\n";
#else
ESP32Platform platform;
std::cout << "Selected platform: ESP32\n";
#endif
// 打印平臺信息
platform.PrintPlatformInfo();
// 初始化硬件
std::cout << "\nInitializing hardware...\n";
platform.GetDisplayDriver().Init();
platform.GetInputDriver().Init();
// 使用顯示驅(qū)動
std::cout << "\nDrawing on display...\n";
platform.GetDisplayDriver().Draw(5, 10);
platform.GetDisplayDriver().Draw(15, 25);
platform.GetDisplayDriver().Draw(30, 40);
// 讀取輸入狀態(tài)
std::cout << "\nReading input...\n";
bool buttonState = platform.GetInputDriver().ReadButton();
std::cout << "Button state: " << (buttonState ? "PRESSED" : "RELEASED") << "\n";
return0;
}
2、優(yōu)缺點分析
（1）優(yōu)點
① 符合開閉原則
開閉原則 (The Open/Closed Principle, OCP) ：軟件中的對象（類，模塊，函數(shù)等等）應(yīng)該對于擴展是開放的，但是對于修改是封閉的。
- 初始支持：STM32和ESP32
- 新增平臺：添加Nordic nRF52支持
- 新增
NRF52Platform工廠類 - 新增nRF52顯示/輸入驅(qū)動
- 無需修改現(xiàn)有STM32/ESP32代碼
② 接口統(tǒng)一化
// 統(tǒng)一的硬件操作接口
platform->display.Init();
platform->input.Init();
platform->display.Draw(10, 20);
platform->display.Draw(30, 40);
bool buttonState = platform->input.ReadButton();