생성 패턴(2) - Factory 패턴

팩토리 패턴

팩토리 패턴은 이름에서 유추할 수 있듯, 공장에서 물건을 생산하듯이 객체를 생산할 수 있도록 하는 패턴이다.

• 객체의 생산을 전담하는 하나의 클래스를 만듦
• 다음의 장점이 있다
  • 객체 생성 코드가 분산된 경우 변경사항에 대한 적용이 오래 걸리는 문제를 보완
  • 신규 클래스에 대한 객체 생성 코드를 factory 클래스에만 적용하면 되므로 외부에서 객체 생성에 대한 내용을 몰라도 된다
  • 클래스 간 결합도를 낮출 수 있다

결합도?

결합도는 다음 코드를 통해 알 수 있다

class Mouse {
    ...
}

class Keyboard {
    ...
}

class Monitor {
    ...
}

class Desktop {
    Mouse mouse = new Mouse();
    Keyboard kbd = new Keyboard();
    Monitor monitor = new Monitor();
    ...
}

class Server {
    Keyboard kbd = new Keyboard();
    Monitor monitor = new Monitor();
    ...
}

class Labtop {
    Keyboad kbd = new Keyboard();
    Monitor monitor = new Monitor();
    Touchpad pad = new Touchpad();
    ...
}

위 코드에서 다음 상황을 고려해보자

• Keyboard 클래스의 생성자에서 매개변수를 받는다면?
• Mouse 클래스가 사라진다면?
  • CLI 환경의 OS에서는 설치과정을 제외하고는 마우스가 필요없다
• Monitor 클래스에서 init 함수를 반드시 호출해야 한다면?

이러한 상황이 발생했을 때 각 클래스마다 전달해야 하는 내용을 정리해야 하며 클래스마다 이러한 데이터를 전달하는 것도 여간 귀찮은 일이 아닐 것이다. 이처럼 한 클래스의 변경사항이 다른 클래스에 얼마나 영향을 미치는지에 대한 정도를 결합도라고 부르며, 위와 같은 경우는 결합도가 높다고 부른다.

즉, 좋은 프로그램은 클래스 간 결합도가 낮다는 의미이다

종류

1. 팩토리 매서드 패턴

그림을 그리는 프로그램을 개발 중이라고 가정하자.

현재는 초기 단계여서, 그릴 수 있는 개체가 원, 사각형, 삼각형 3개가 있다

class Shape {
    /*
    * 그림을 그린다
    * 
    * @return
    *         true : 정상 동작
    *         false : 동작 중 문제 발생
    */
    virtual bool draw() = 0;
}

class Circle : public Shape {
    bool draw() {
        printf("Draw Circle\n");
        return true;
    }
}

class Square : public Shape {
    bool draw() {
        printf("Draw Square\n");
        return true;
    }
}

class Triangle : public Shape {
    bool draw() {
        printf("Draw Triangle\n");
        return true;
    }
}

위에 나열된 객체들을 생성하는 코드를 매우 간단하게 짜면 다음과 같은 코드가 나올 것이다

void drawShape(ShapeType type) {
    Shape *shape = NULL;
    if (type == CIRCLE) {
        shape = new Circle();
    } else if (type == SQUARE) {
        shape = new Square();
    } else if (type == TRIANGLE) {
        shape = new Triangle();
    } else {
        printf("Wrong shape type[%d]\n", type);
        return;
    }

    ...
}

이 함수가 속한 클래스는 Shape, Circle, Triangle, Square의 변경사항이 생길 때마다 코드를 수정해야 하므로 결합도가 매우 높다.

이때 결합도를 낮추려면 new로 생성하는 부분을 별도 클래스로 분리하면 된다. 이것이 기본적인 factory 패턴인 팩토리 매서드 패턴이다.

class ShapeFactory {
    Shape* createShape(ShapeType type) {
        Shape *shape = NULL;
        if (type == CIRCLE) {
            shape = new Circle();
        } else if (type == SQUARE) {
            shape = new Square();
        } else if (type == TRIANGLE) {
            shape = new Triangle();
        } else {
            printf("Wrong shape type[%d]\n", type);
        }

        // 만약 여기에 새로운 클래스를 생성해야 한다면?

        return shape;
    }
}

2. 추상 팩토리 패턴

위에서 설명한 팩토리 매서드 패턴에서는 팩토리 내부에서 if를 많이 사용하고 있으며,
신규 클래스를 생성하려면 팩토리 클래스 내에 코드를 직접 추가해야 한다는 불편함이 있다

위 단점을 보완하기 위해 나온 패턴이 추상 팩토리 패턴이다. 이 패턴은 팩토리 클래스 위에 있는 부모 클래스가 있고 (Java로 치면 슈퍼 클래스) 각 팩토리 클래스에서 이를 상속받아 필요한 코드를 구현하는 방식이다.

부모 클래스는 다음과 같다

class BasicShapeFactory {
    virtual Shape* createShape() = 0;
}

팩토리 매서드 패턴과 다르게 createShape 함수에서 매개변수를 받지 않는다. 그러면 어떻게 타입을 구분할까?

class CircleShapeFactory : public BasicShapeFactory{
    Shape* createShape() {
        return new Circle();
    }
}

class SquareShapeFactory : public BasicShapeFactory{
    Shape* createShape() {
        return new Square();
    }
}

class TriangleShapeFactory : public BasicShapeFactory{
    Shape* createShape() {
        return new Triangle();
    }
}

// 새로운 클래스가 만들어져도 위와 같은 포맷을 맞춰 코드를 작성하면 된다

각 클래스 객체를 만드는 팩토리 클래스를 선언함으로써, 각 팩토리 클래스는 타입 구분 없이 자신이 담당하는 클래스의 객체만 생성해서 반환해주면 된다.

Shape *circle = m_circleFactory.createShape();
Shape *square = m_squareFactory.createShape();
Shape *triangle = m_triangleFactory.createShape();

circle->draw();
square->draw();
triangle->draw();

이것보다 더 간단하게 하려면, 생성만 담당하는 상위 클래스를 하나 생성하여, 각 팩토리 클래스 객체를 매개변수로 전달받아 매개변수로부터 객체를 뽑아내 반환하는 함수를 만드는 것이다

class ShapeMaker {
    Shape* getShape(BasicShapeFactory *shapeFactory) {
        if (shapeFactory != NULL) {
            return shapeFactory->createShape();
        }

        return NULL;
    }
}

...

Shape *circle = m_shapeMaker.getShape(&m_circleFactory);
Shape *square = m_shapeMaker.getShape(&m_squareFactory);
Shape *triangle = m_shapeMaker.getShape(&m_triangleFactory);

circle->draw();
square->draw();
triangle->draw()