利用.NET的Reflection增强对象工厂的扩展性
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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
