利用.NET的Reflection增强对象工厂的扩展性-.NET教程,.NET Framework

对象工厂
  
  对象工厂（object factory）模式通常被用来从一个派生系统中产生某个对象，并将其作为基类的实例返回，从而获得基类的接口，并尽量掩盖派生类的细节，以便充分利用面向对象的多态性来获得强大的功能。通常，对象工厂的实现方法是，在一个工厂方法中，先利用一个基于类型标记（type tag）的switch语句找出适当的类型，然后创建该类型的实例并返回之。
  
  
  
  举例来说，设想一个图形系统，它包括了线、圆、矩形等元素，这些元素具有一些公共的操作，比如draw、resize等。那么我们可能具有下面这样一个继承体系：
  
  
  为了能够在对象工厂中区分这些类，我们还需要为它们分别指定一个类型标记。这些类型标记可以是enumeration、整数、字符串等能够唯一地标记这些类的值。用它们的类名字符串作为标记看起来不错。我们可以使用下面这个对象工厂来创建shape对象：
  
  
  
   public sealed class shapefactory
  
   {
  
   private shapefactory()
  
   {
  
   }
  
  
  
   public static baseshape createshape(string shapeid)
  
   {
  
   switch(shapeid)
  
   {
  
   case “rectangle”:
  
   return new rectangle();
  
   case “circle”:
  
   return new circle();
  
   case “line”:
  
   return new line();
  
   default:
  
   return null;
  
   }
  
   }
  
   }
  
  
  
  shapefacory的唯一用途就是用来创建shape实例，我们不希望它本身那能够被继承，或者能够被实例化，因此，它被声明为sealed，并具有一个私有构造函数。当我们需要得到某个shape的实例时，只要调用shapefactory的createshape()方法，并传入一个适当的shapeid字符串，createshape()就会为我们返回正确的shape实例了。
  
  
  
  增强扩展性
  
  
  
  现在我们拥有了一个shape工厂，它工作的不错。但是这个工厂具有一个明显的不足：难以扩充。每当系统中新增加一个shape类时，我们都不得不修改createshape()方法，向其中加入新的case语句。这在我们的产品没发布之前还好，我们可以完全控制我们的代码。但当我们的产品发布之后，用户可以很容易地从baseshape派生自己的shape类，但他们却很难利用createshape()方法将他们的shape类加入到系统中，因为他们无法修改createshape()方法的实现。因此这个shape工厂还需要一些扩展性。但是解决这个问题的一个主要的障碍是，如果不使用switch语句，那么createshape()将无法预先知道到底存在哪些shape类，以及类型标记与具体的类之间的关系。
  
  
  
  alexandrescu在他的《modern c++ design》中针对这个问题给出了一个c++解法。他在对象工厂类中利用一个std::map来维护类型标记与类型的创建方法之间的关系，并在对象工厂类中增加了两个接口register()和unregister()，用来在此map中注册或注销类型标记和类型创建方法。每增加一个shape类时，需要同时为这个类写一个匿名名字空间，在此空间中调用register()方法，将自己的类型标记和创建方法注册到对象工厂中。
  
  
  
  在c#中，我们可以借鉴alexandrescu的方法，在对象工厂中利用一个hashtable来维护类型标记与类型之间的关系，利用register()方法来注册。每个shape类必须负责自己的注册工作，因此我们为每个shape类增加一个registershape()方法，它调用shapefactory.register()来注册自己。但是有两个问题：
  
  
  
  1、 对registershape()方法的调用应当何时进行呢？
  
  2、 c#并不支持匿名名字空间，那么如何来调用每个shape类的registershape()方法呢？
  
  
  
  对于第一个问题，我们有一个时机，那就是在createshape()方法被调用之前，各个shape类必须已经完成了注册。在静态构造函数中完成对registershape()的调用到是个不错的选择。
  
  
  
  对于第二个问题，我们可以使用reflection机制，首先遍历所有的类型，找出由baseshape派生的类型，然后分别调用它们的registershape()方法。
  
  
  
  按照以上思路，shapefactory的实现代码如下：
  
   public sealed class shapefactory
  
   {
  
   private static hashtable _creationmap = null;
  
  
  
   static shapefactory()
  
   {
  
   _creationmap = new hashtable();
  
  
  
   assembly a = typeof(shapefactory).module.assembly;
  
   module[] modules = a.getmodules();
  
   for(int i = 0; i < modules.length; i++)
  
   {
  
   type[] types = modules[i].gettypes();
  
   for(int j = 0; j < types.length; j++)
  
   {
  
   if(!types[j].equals(typeof(baseshape))
  
   && types[j].basetype != null
  
   && types[j].basetype.equals(typeof(baseshape)))
  
   {
  
   object obj = types[j].invokemember(null,
  
   bindingflags.declaredonly |
  
   bindingflags.public |
  
   bindingflags.instance |
  
   bindingflags.createinstance,
  
   null, null, null);
  
  
  
   types[j].invokemember(“registershape”,
  
   bindingflags.declaredonly |
  
   bindingflags.public | bindingflags.nonpublic |
  
   bindingflags.instance | bindingflags.invokemethod,
  
   null, obj, null);
  
   }
  
   }
  
   }
  
   }
  
  
  
   public static void register(string shapeid, type shape)
  
   {
  
   if(!_creationmap.containskey(shapeid))
  
   _creationmap.add(shapeid, shape);
  
   }
  
  
  
   public static baseshape createshape(string shapeid)
  
   {
  
   type shape = (type)_creationmap[shapeid];
  
  
  
   if(shape == null)
  
   return null;
  
  
  
   return (baseshape)shape.invokemember(null,
  
   bindingflags.declaredonly |
  
   bindingflags.public |
  
   bindingflags.instance | bindingflags.createinstance,
  
   null, null, null);
  
   }
  
   }
  
  
  
  在createshape()方法第一次被调用之前，静态构造函数会先执行。它利用reflection机制遍历所有的类型，对于由baseshape派生的类型，先创建一个实例，然后调用其regisershape()方法，将其在hashtable中注册。当createshape()方法被调用时，根据传入的shapeid从hashtable中取出相应的类型，并返回其实例。这样，我们就有了一个具有一定扩展性的shape工厂。
  
  
  
  总结
  
  
  
  在对象工厂中增加reflection机制，可以在一定程度上增强对象工厂的扩展性。改进后的shapefactory不用再在每次增加了shape类之后进行修改了，只要新加入的shape类实现了regisershape()方法，它就能够被注册到对象工厂中，并被正确地创建。这样，我们甚至可以方便地为我们的系统实现插件功能。比如，我们可以指定一个插件目录，遍历这个目录，将其中的shape类注册到工厂中。用户只需将他们的插件拷贝到这个目录下即可。
  
  
  
  当然，reflection也许并不是此问题的最佳解决方案。它需要遍历系统中所有的类型，执行效率不够高。还好静态构造函数只会被执行一次。希望本文能够起到抛砖引玉的作用。如果您有更好的方案，欢迎和我交流。我的联系方式：sam1111@citiz.net