陳 輝

（浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州310053）

0 引言

設(shè)計(jì)模式是對(duì)于某一類的軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題的可重用的解決方案。[1]在軟件開(kāi)發(fā)中，其主要作用為：重用設(shè)計(jì)、共用詞匯、方便交流、易于重構(gòu)。一個(gè)模式有四個(gè)基本要素：1）模式名稱，用于描述模式的問(wèn)題、解決方案和效果；2）問(wèn)題，用于解釋設(shè)計(jì)問(wèn)題和問(wèn)題存在的前因后果；3）解決方案，描述設(shè)計(jì)的組成部分、相互關(guān)系及其各種的職責(zé)和協(xié)作方式；4）效果，描述模式應(yīng)用的效果和使用模式應(yīng)權(quán)衡的問(wèn)題。[2]設(shè)計(jì)模式主要分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型、行為型，工廠方法模式是創(chuàng)建型模式之一，其意圖是“讓子類決定實(shí)例化具體的類”。

在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，封裝變化最主要的技術(shù)是多態(tài)。多態(tài)是同一實(shí)體同時(shí)具有多種形式，即同一操作作用于不同的對(duì)象，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果。多態(tài)分為動(dòng)多態(tài)、靜多態(tài)。動(dòng)多態(tài)是通過(guò)繼承和虛函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在運(yùn)行期間，虛函數(shù)調(diào)用不同子類型的虛成員函數(shù)以實(shí)現(xiàn)不同的功能。靜多態(tài)是通過(guò)泛型中模板實(shí)現(xiàn)的，在編譯期間，接口綁定不同的功能代碼。

當(dāng)前，設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是使用動(dòng)多態(tài)，即繼承與虛函數(shù)（接口與實(shí)現(xiàn)）。其主要的問(wèn)題是，接口必須在公共基類中預(yù)先設(shè)定，動(dòng)多態(tài)的綁定是入侵性的或者插入式的。針對(duì)這一問(wèn)題，本文以工廠方法模式為例，使用靜多態(tài)給出非入侵性或非插入式的實(shí)現(xiàn)。

1 工廠方法模式

工廠方法模式是對(duì)象創(chuàng)建型模式，其意圖是：定義一個(gè)用于創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定實(shí)例化具體的類，工廠方法將類的實(shí)例化延遲到子類。

工廠方法模式結(jié)構(gòu)圖如圖1，[3]其參與者分別為：Product定義工廠方法所創(chuàng)建的對(duì)象的接口；ConcreteProduct實(shí)現(xiàn)Product的接口；Creator定義工廠方法，其返回一個(gè)Product類型的對(duì)象，Creator也可以定義一個(gè)工廠方法的缺省實(shí)現(xiàn)以返回一個(gè)缺省的ConcreteProduct實(shí)現(xiàn)；ConcreteCreator重定義工廠方法以返回一個(gè)ConcreteProduct對(duì)象。對(duì)象協(xié)作中，Creator依賴子類來(lái)定義工廠方法，其返回ConcreteProduct實(shí)例對(duì)象。

圖1 工廠方法模式結(jié)構(gòu)圖

2 泛型與模板

泛型是現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一種特性。泛型是一種特殊的類型，其將指定類型的工作延遲到客戶端代碼聲明并實(shí)例化類或方法的時(shí)候，泛型將類型參數(shù)化以達(dá)到代碼復(fù)用的目的，從而提高軟件開(kāi)發(fā)工作效率。

不同的語(yǔ)言支持的泛型的特性不同。.NET泛型是具有占位符（類型參數(shù)）的類、結(jié)構(gòu)、接口和方法，這些占位符是類、結(jié)構(gòu)、接口和方法所存儲(chǔ)或使用的一個(gè)或多個(gè)類型的占位符。泛型集合類可以將類型參數(shù)用作其所存儲(chǔ)的對(duì)象的類型的占位符；類型參數(shù)作為其字段的類型及其方法的參數(shù)類型出現(xiàn)。泛型方法可以將其類型參數(shù)用作其返回值的類型或者其某個(gè)形參的類型。Java泛型的參數(shù)只代表類，不能代表個(gè)別對(duì)象。由于Java泛型的類型參數(shù)之實(shí)際類型在編譯時(shí)會(huì)被消除，所以無(wú)法在運(yùn)行時(shí)得知其類型參數(shù)的類型。Java編譯器在編譯泛型時(shí)會(huì)自動(dòng)加入類型轉(zhuǎn)換的編碼，因此其運(yùn)行速度不會(huì)因?yàn)槭褂梅盒投涌?。[4]在C++中，泛型即模板，其無(wú)法對(duì)泛型的類型參數(shù)進(jìn)行約束，在編譯時(shí)，每個(gè)使用的封閉泛型類型都有獨(dú)立的編碼產(chǎn)生，編譯器確保其類型安全性。[5]C++模板有兩種類型，函數(shù)模板與類模板。下面以C++模板為例，給出工廠方法模式的實(shí)現(xiàn)方法。

3 泛型實(shí)現(xiàn)工廠方法模式

基于泛型的靜多態(tài)為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模式提供了新方法。靜多態(tài)的實(shí)現(xiàn)類型在編譯期中確定，從而可以避免使用指針，其具備更好的類型安全性，更高的效率。下面是其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖（圖2）。

圖2 基于泛型的工廠方法模式結(jié)構(gòu)圖

在基于泛型的工廠方法模式實(shí)現(xiàn)中，由于基類變成泛型，實(shí)現(xiàn)了非入侵性或非插入式的綁定。同時(shí)，基于靜多態(tài)的實(shí)現(xiàn)代碼數(shù)量也減小。

4 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

基于泛型的工廠方法模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）無(wú)需通過(guò)公共基類來(lái)表達(dá)接口的共性，更便于實(shí)現(xiàn)內(nèi)建類型的集合；2）不通過(guò)指針進(jìn)行間接調(diào)用，生成的代碼效率較高；3）對(duì)于提供部分接口的具體類型也可以調(diào)用；4）靜多態(tài)在編譯期對(duì)所有的綁定操作進(jìn)行檢查，具有更好的類型安全性。其缺點(diǎn)是：1）不能優(yōu)雅地處理異類集合；2）實(shí)現(xiàn)代碼雖小，但可執(zhí)行生成代碼較大；具體實(shí)現(xiàn)中，可根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行選擇。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，工廠方法模式可通過(guò)繼承與虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)泛型和模板實(shí)現(xiàn)。不同封裝變化的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)相同的功能，本文給出了工廠方法模式基于泛型的實(shí)現(xiàn)方法及代碼，其他模式也可通過(guò)泛型實(shí)現(xiàn)。

［1］Gamma Erich.設(shè)計(jì)模式可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出版,2000.

［2］拉爾曼.UML和模式應(yīng)用:面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)導(dǎo)論[M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

［3］Shalloway Alan.設(shè)計(jì)模式解析[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003.

［4］Wu T C.Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,2002.

［5］[美]MatthewH.Austern著,侯捷譯.泛型編程與 STL[M].中國(guó)電力出版社,2003.