劉軍華，胡志剛

（中南大學(xué)軟件學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083）

任何一名會(huì)思考的軟件開(kāi)發(fā)人員隨著自身開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，軟件理論理解的不斷加深，都會(huì)不由自主地想一些方法或者捷徑，來(lái)提高自己的編碼效率，而不是一味的面對(duì)重復(fù)的問(wèn)題做相同的工作，因?yàn)樵O(shè)計(jì)出高質(zhì)量、低耗費(fèi)、易維護(hù)和可復(fù)用的面向?qū)ο蟮某绦蚴敲恳粋€(gè)軟件開(kāi)發(fā)工程師共同的追求。而設(shè)計(jì)模式就是為解決重復(fù)問(wèn)題而提出的一套較好的解決方案。在軟件設(shè)計(jì)和架構(gòu)時(shí)，適當(dāng)?shù)厥褂迷O(shè)計(jì)模式可以給系統(tǒng)帶來(lái)更大的可擴(kuò)展性和盡量少的修改量。

1 設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)模式起源于建筑，首先由建筑設(shè)計(jì)師亞歷山大提出的，然后推廣到軟件設(shè)計(jì)行業(yè)來(lái)。軟件行業(yè)最早出現(xiàn)的設(shè)計(jì)模式著作是GOF(Gang Of Fours)四人組所著的那本《設(shè)計(jì)模式——可復(fù)用面向?qū)ο筌浖A(chǔ)》，該書(shū)提出的設(shè)計(jì)模式共有23種，根據(jù)模式完成工作的不同，將設(shè)計(jì)模式劃分為創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式和行為型模式三大類(lèi)。創(chuàng)建型模式與對(duì)象的創(chuàng)建有關(guān)，結(jié)構(gòu)型模式是處理類(lèi)或?qū)ο蟮慕M合，行為型模式是對(duì)類(lèi)和對(duì)象怎樣交互和怎樣分配職責(zé)進(jìn)行描述。工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，根據(jù)其創(chuàng)建的形式的不同，工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式又有以下三種形態(tài)：

1）簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式 (Simple Factory)：是用一個(gè)類(lèi)來(lái)模擬工廠(chǎng)，通過(guò)該工廠(chǎng)類(lèi)的靜態(tài)方法返回具體的產(chǎn)品類(lèi)，而這些產(chǎn)品又源自一個(gè)抽象的產(chǎn)品。

2）工廠(chǎng)方法模式 (Factory method)：是類(lèi)的創(chuàng)建模式，定義一個(gè)創(chuàng)建工廠(chǎng)接口，將實(shí)際的創(chuàng)建工作推到子類(lèi)工廠(chǎng)中。也就是原本的靜態(tài)類(lèi)變成了一個(gè)抽象類(lèi)或接口，而將制造的任務(wù)交給底下的具體實(shí)現(xiàn)類(lèi)來(lái)完成。

3）抽象工廠(chǎng)模式(Abstract Factory)：提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴(lài)的對(duì)象的接口，而無(wú)須指定具體的類(lèi)。

本文主要討論工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式中的簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式和工廠(chǎng)方法模式在C#中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)Web教育資源管理系統(tǒng)為例體現(xiàn)工廠(chǎng)模式的優(yōu)勢(shì)。

2 WEB教育資源管理系統(tǒng)介紹

WEB教育資源管理系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)手段，面向各類(lèi)高職院校，構(gòu)建一個(gè)基于校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，能實(shí)現(xiàn)對(duì)教育資源進(jìn)行整合、歸類(lèi)、查詢(xún)、共享、審核、管理的一個(gè)軟件平臺(tái)。主要功能有：

1）用戶(hù)空間的申請(qǐng)與生成：本系統(tǒng)旨在讓每一位教師擁有一個(gè)網(wǎng)上辦公室，讓每一位學(xué)生擁有一個(gè)網(wǎng)上學(xué)習(xí)空間。教師的工號(hào)和學(xué)生的學(xué)號(hào)即是空間的賬號(hào)，并根據(jù)院校的組織機(jī)構(gòu)自動(dòng)生成相應(yīng)的管理空間。如系部空間、班級(jí)空間等。

2）整合其它系統(tǒng)的資源：通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，能整合與共享各高職院校已經(jīng)存在的系統(tǒng)中的信息資源。比如，學(xué)籍管理系統(tǒng)中的學(xué)生檔案信息、教務(wù)管理系統(tǒng)中的教學(xué)安排信息等。

3）教育資源的開(kāi)發(fā)與上傳：每個(gè)空間的主人都是資源開(kāi)發(fā)的主體，先由各院校自定義好各類(lèi)教育資源的模板，然后開(kāi)發(fā)者再按照規(guī)定的模板自行制作開(kāi)發(fā)。

4）教育資源的管理與審核：當(dāng)開(kāi)發(fā)者將教育資源上傳到服務(wù)器時(shí)，須經(jīng)管理員的審核后才能顯示在系統(tǒng)中，同時(shí)，為保護(hù)教育資源的使用權(quán)限，所有未注冊(cè)、未授權(quán)用戶(hù)只能瀏覽，不能復(fù)制和下載；為提高教育資源的質(zhì)量，在系統(tǒng)中設(shè)為推薦、評(píng)價(jià)、瀏覽次數(shù)等機(jī)制，并以此作為對(duì)教師或?qū)W生評(píng)價(jià)的依據(jù)之一。

另外，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，我們將系統(tǒng)中所涉及到的教育資源按以下方式進(jìn)行分類(lèi)：

1）按專(zhuān)業(yè)大類(lèi)劃分：電子信息類(lèi)、公共管理類(lèi)等。

2） 按媒體格式劃分：文本類(lèi)、圖形（像）類(lèi)、音頻類(lèi)、視頻類(lèi)等。

3） 按學(xué)科課程劃分：語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、商務(wù)英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等。

4） 按資源種類(lèi)劃分：重要文件、通知公告、規(guī)章制度、工作計(jì)劃、課程標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、案例庫(kù)、教案、課件、素材、習(xí)題集、試卷庫(kù)、影片等。

其中，系統(tǒng)在具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，主要以教育資源的媒體格式為依據(jù)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。下面從程序開(kāi)發(fā)的角度闡述設(shè)計(jì)模式使用前后的變化。

3 未使用設(shè)計(jì)模式的WEB教育資源管理系統(tǒng)

在C#創(chuàng)建對(duì)象的方式為：類(lèi)名 對(duì)象名=new構(gòu)造函數(shù)名()；這是開(kāi)發(fā)人員創(chuàng)建對(duì)象常用的方法格式，使用new創(chuàng)建對(duì)象的缺點(diǎn)是事先必須明確知道要實(shí)例化的類(lèi)是什么，這樣就違背了工程化的設(shè)計(jì)思想。下面用示例說(shuō)明使用new的局限性。

在WEB教育資源管理系統(tǒng)中，教育資源類(lèi)(Resource)、文本資源類(lèi)(TxtResource)、圖形/像資源類(lèi)(PicResource)、視頻資源類(lèi)(FlvResource)等存在著繼承關(guān)系，如圖1所示。

圖1 三種教育資源類(lèi)與Resource的繼承關(guān)系圖

在C#中，一般情況下會(huì)按以下代碼聲明多態(tài)對(duì)象，從而引發(fā)多態(tài)：

按照?qǐng)D1的類(lèi)設(shè)計(jì)思路，假若現(xiàn)在要分別調(diào)用文本資源類(lèi)、圖形/像資源類(lèi)和視頻資源類(lèi)的顯示方法來(lái)顯示相應(yīng)的資源內(nèi)容，在客戶(hù)端通常用以下代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)：

這樣雖然能達(dá)到所需的效果，但客戶(hù)端調(diào)用ResDisplay方法時(shí)就必須首先要知道是要顯示哪一種類(lèi)型的資源，即必須事先知道要實(shí)例化哪一個(gè)類(lèi)，并且隨著資源種類(lèi)的不斷增多，這種類(lèi)似的代碼還會(huì)重復(fù)更多。也就是說(shuō)上述的代碼有很大局限性，不夠靈活，耦合性太高，不適合工程化的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

4 使用設(shè)計(jì)模式的WEB教育資源管理系統(tǒng)

4.1 使用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的WEB教育資源管理系統(tǒng)

為了提高上述代碼的靈活性，降低耦合度，用戶(hù)在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)不必事先知道每次是要實(shí)例化哪一個(gè)類(lèi)，為此我們引入了工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式中的簡(jiǎn)單工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式來(lái)解決這一問(wèn)題。具體做法是，將創(chuàng)建實(shí)例的操作與使用實(shí)例的操作分開(kāi)，構(gòu)建一個(gè)模擬生成資源對(duì)象的工廠(chǎng)，把創(chuàng)建資源對(duì)象的操作全都放到了工廠(chǎng)里面去，客戶(hù)端直接使用工廠(chǎng)內(nèi)的創(chuàng)建資源對(duì)象的方法，只要傳入需要的資源類(lèi)型就行了,而不必去知道創(chuàng)建的細(xì)節(jié)。在加入簡(jiǎn)單工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式后，圖1中類(lèi)的關(guān)系修改如圖2所示。

圖2 使用簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的教育資源類(lèi)圖

按照?qǐng)D2的類(lèi)設(shè)計(jì)思路，假若現(xiàn)在要分別調(diào)用文本資源類(lèi)、圖形/像資源類(lèi)和視頻資源類(lèi)的顯示方法來(lái)顯示相應(yīng)的資源內(nèi)容，就可以按以下代碼方式去實(shí)現(xiàn)：

1）建立一個(gè)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)Resource實(shí)例的的工廠(chǎng)

這樣，只需要傳入需要?jiǎng)?chuàng)建資源的類(lèi)型字符，工廠(chǎng)就會(huì)實(shí)例化合適的對(duì)象，通過(guò)多態(tài)，返回父類(lèi)的方式實(shí)現(xiàn)了各種教育資源的顯示。

4.2 使用工廠(chǎng)方法模式的WEB教育資源管理系統(tǒng)

按照簡(jiǎn)單工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式的做法，解決了創(chuàng)建對(duì)象的問(wèn)題，降低了與具體類(lèi)型資源的依賴(lài)。但也存在一些不夠理想的地方，比如今后新增一種資源，除了增加相應(yīng)的資源類(lèi)以外，還得修改原有的資源工廠(chǎng)類(lèi)，在switch中增加分支，這樣不但對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放了，對(duì)修改也開(kāi)放了，這樣就違背了“開(kāi)放-封閉原則”。為此，我們采用工廠(chǎng)方法模式來(lái)解決這一問(wèn)題。

根據(jù)依賴(lài)倒轉(zhuǎn)原則，我們把工廠(chǎng)類(lèi)抽象出一個(gè)接口，這個(gè)接口只有一個(gè)方法，就是創(chuàng)建抽象產(chǎn)品（這里產(chǎn)品指資源）的工廠(chǎng)方法。然后，所有的要生產(chǎn)具體類(lèi)的工廠(chǎng)，就去實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，這樣，一個(gè)簡(jiǎn)單工廠(chǎng)模式的工廠(chǎng)類(lèi)，變成了一個(gè)工廠(chǎng)抽象接口和多個(gè)具體生成對(duì)象的工廠(chǎng)，于是我們今后要新增一個(gè)教育資源時(shí)，就不需要更改原有的工廠(chǎng)類(lèi)了，只需要增加此資源類(lèi)和相應(yīng)的工廠(chǎng)類(lèi)就可以了。應(yīng)用工廠(chǎng)方法模式后，WEB教育資源管理系統(tǒng)中資源的類(lèi)圖修改如圖3所示。

圖3 使用工廠(chǎng)方法模式的教育資源類(lèi)圖

按照?qǐng)D3的類(lèi)設(shè)計(jì)思路，假若現(xiàn)在要分別調(diào)用文本資源類(lèi)、圖形/像資源類(lèi)和視頻資源類(lèi)的顯示方法來(lái)顯示相應(yīng)的資源內(nèi)容，在客戶(hù)端通常用以下代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)：

這樣，只需要修改資源工廠(chǎng)類(lèi)名就可以創(chuàng)建相應(yīng)的資源實(shí)例了，不要再修改原有的資源工廠(chǎng)類(lèi)了，這樣既克服了簡(jiǎn)單工廠(chǎng)違背開(kāi)放-封閉原則的缺點(diǎn)，又保持了封裝對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，使得要?jiǎng)?chuàng)建其它對(duì)象時(shí)，不需要做大的改動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)，降低了客戶(hù)端程序與資源類(lèi)的耦合。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文論述了工廠(chǎng)模式中的簡(jiǎn)單工廠(chǎng)設(shè)計(jì)模式和工廠(chǎng)方法設(shè)計(jì)模式在重構(gòu)WEB教育資源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)比展示應(yīng)用模式后可以很好地解決功能的擴(kuò)展的問(wèn)題以及提高代碼的可重用性和可維護(hù)性。當(dāng)開(kāi)發(fā)人員在編碼時(shí)不能預(yù)見(jiàn)需要?jiǎng)?chuàng)建哪一種類(lèi)的實(shí)例或不希望創(chuàng)建了哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例以及如何創(chuàng)建實(shí)例的信息暴露給外部程序的時(shí)候，我們建議這個(gè)時(shí)候使用工廠(chǎng)模式是較好的一種方案，因?yàn)楣S(chǎng)模式就是專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)將大量有共同接口的類(lèi)實(shí)例化，而且不必事先知道每次是要實(shí)例化哪一個(gè)類(lèi)的模式。

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