对话#12：Abstract Factory, Template Style
“我们知道这是什么吗？”我指着放在前面金属台上的设备。这是在冰原下勘探到的第一批物体之一。
珍妮摇着头。”没呢，伙计。它可能是个奖杯，飞船推进器，儿童玩具，或就只是垃圾。上周，我们曾认为将能源系统制造出来了，供这个和其它一些设备用的，但在加入燃料后什么也没发生。随着能源的远去，技术又重回到了画图板上，但他们认为很快能搞定它。.”
“凭什么？”
“希望。”
我瞄了一下墙上的钟。”好吧，时间差不多了。我在发抖，我很冷。每次我们要求勘探队给我们些新的东西来鼓捣时，他们总弄出些新的不同的东西。我真希望能弄明白哪怕其中任何一个。”
“我希望我们对从这个‘artifact factory’中出产的东西能知道得更多些。”珍妮同意。
“这使我回想起以前发生在我身上的一些事，在那时……”
珍妮眨着她的眼睛。”告诉为，什么时候我们可以到个暖和的地方。”
“坏消息，”我越过隔板向温迪嚷道。
“呒？”她探起头。
“你知道我上周写的类的吧。”
“不是十分清楚，说下去。”
我没在意。”好吧，”我继续着，”我必须为它实现一个类厂。Guru建议我看一下客户群写的类厂。”
“嗯，于是？”突然沮丧显现在她脸上：”噢。鲍勃写的，是吧？”
我沉重地点点头。”是的，我唯一能给予他的称赞是 —每当我打开他的代码，我都能学会有些事不该如何实现。”温迪哈哈地笑着坐回位置上。
我叹了口气，然后check out源码。还好，没我想象的那么坏。只不过是极大量的if语句嵌套－我做好了坏得多的准备的。但已是够可怕的代码了，所以根据Guru的忠告，我准备实现一个Abstract Class Factory [1]。由于没有多线程和并发的需求我决定将厂实现为singleton模式：
class BaseFactory
{
typedef std::auto_ptr<Base> (*BaseCreateFn)();
typedef std::map<std::string, BaseCreateFn> FnRegistry;
FnRegistry registry;
BaseFactory() {}
BaseFactory(const BaseFactory &); // Not implemented
BaseFactory & operator=(const BaseFactory &); // Not implemented
public:
static BaseFactory & instance() { static BaseFactory bf; return bf; }
bool RegCreateFn(const std::string &, BaseCreateFn);
std::auto_ptr<Base> Create(const std::string &) const;
};
bool BaseFactory::RegCreateFn(const std::string & className, BaseCreateFn fn)
{
registry[className] = fn;
return true;
}
std::auto_ptr<Base> BaseFactory::Create(const std::string &className) const
{
std::auto_ptr<Base> theObject(0);
FnRegistry::const_iterator regEntry = registry.find(className);
if (regEntry != registry.end())
{
theObject = regEntry->second();
}
return theObject;
}
在Base的实现文件中，我加入：
namespace
{
std::auto_ptr<Base> CreateBase()
{
return std::auto_ptr<Base>(new Base);
}
bool dummy = BaseFactory::instance().RegCreateFn(“Base”, CreateBase);
}
“嗯，不错，”我思索着。”向厂注册一个函数后，生成实例就如数1、2、3那么简单”
int main()
{
std::auto_ptr<Base> anObject = BaseFactory::instance().Create(“Base”);
}
我继续生成一个派生类，以测试通过厂来生成实例。在派生类的实现中，我加入：
namespace
{
std::auto_ptr<Derived> CreateDerived()
{
return std::auto_ptr<Derived>(new Derived);
}
bool dummy = BaseFactory::instance().RegCreateFn(“Derived”, CreateDerived);
}
但编译器冷冷地阻住了我－它提示不能将CreateDerived转换为所需类型。在迷惑了好一阵之后，我想起以前经历过的隐式地转换为指向Base的指针的问题 [2]。我认识到我又一次遇到编译器不能进行隐式指针转换问题，所以我稍稍修改了create函数：
namespace
{
std::auto_ptr<Base> CreateDerived()
{
return std::auto_ptr<Base>(new Derived);
}
bool dummy = BaseFactory::instance().RegCreateFn(“Derived”, CreateDerived);
}
回顾一下基类，我注意到注册代码几乎相同，所以我写了个替代的宏：
#define REGISTER_CLASS(BASE_CLASS, DERIVED_CLASS) namespace { std::auto_ptr<BASE_CLASS> Create##DERIVED_CLASS() { return std::auto_ptr<BASE_CLASS>(new DERIVED_CLASS); } bool dummy=BaseFactory::instance().RegCreateFn( #DERIVED_CLASS, Create##DERIVED_CLASS); }
使用这个宏很简单：
REGISTER_CLASS(Base, Base)
“近一小时的工作做得不错，”我在完成时嘟囔着。
“是的，确实如此，我的孩子。但你还能做得更好。”
Guru轻柔的声音出现在身后时，我还是会被吓一跳。”什么－？”
“这样展开的宏，”她解释道，”是难以阅读和理解的，并且宏不是类型安全的。还有，这个bool变量是什么目的？”
“这个嘛，”我有些抵触地答道，”它是我唯一能想到的，能确保注册函数被自动调用的方法。我不想在每增加一个新类时都要修改典型厂的代码。”
她点点头。”很聪明的想法，我的孩子。但是，你的厂不足够通用。会有越来越多的需要abstract factory的类。我期望你创建这样一个厂：能在它被应用的每个类层次上自动处理，而不是要求修改（create a factory that will handle, not require, modification for each class hierarchy it will be used on）。”
“一个通用的abstract factory？这有些苛求，不是吗？”
“徒弟，你从不畏惧挑战，是吧？‘Experience is by industry achieved... “
“‘... and perfected by the swift course of time’，”我接道[3]。 “我从不畏惧挑战，但我不能将进度表置之不理地花费大量时间。”
“你已经几乎就做到了。你所需要的就是考虑通用，”她指点道。
“考虑通用……也就是说，模板！”我嚷着转向显示器。几分钟之后，我向身后瞄了一下，Guru如出现时一样已悄悄地不见了。我稍稍有些哆嗦，又转回去继续工作。
过了一会儿，我实现了一个厂模板：
template <class ManufacturedType, typename ClassIDKey=std::string>
class GenericFactory
{
typedef std::auto_ptr<ManufacturedType> (*BaseCreateFn)();
typedef std::map<ClassIDKey, BaseCreateFn> FnRegistry;
FnRegistry registry;
GenericFactory();
GenericFactory(const GenericFactory&); // Not implemented
GenericFactory &operator=(const GenericFactory&); // Not implemented
public:
static GenericFactory &instance();
void RegCreateFn(const ClassIDKey &, BaseCreateFn);
std::auto_ptr<ManufacturedType> Create(const ClassIDKey &className) const;
};
我认为，不是所有的类都用std::string作为键值，所以我将键值类型作为一个模板参数。所有函数的实现都和我在BaseFactory中写过的一模一样，除了那个注册函数之外。我用一个更优雅的模板来实现它的：
template <class AncestorType, class ManufacturedType, typename ClassIDKey=std::string>
class RegisterInFactory
{
public:
static std::auto_ptr<AncestorType> CreateInstance()
{
return std::auto_ptr<AncestorType>(new ManufacturedType);
}
RegisterInFactory(const ClassIDKey &id)
{
GenericFactory<AncestorType>::instance().RegCreateFn(id, CreateInstance);
}
};
现在，每个从基类派生的类只需要增加一行代码就可以获得类型安全的creation函数：
RegisterInFactory<Base, Base> registerMe(“Base”);
模板的构造函数向creation registry注册它的类名[4]。
我向后一瞄，正好看见Guru走过来。我偷笑了一下；; for once I was slightly ahead of her game至少有一次，我预见了她的把戏。”很好，徒弟，”她走到我身后说道。”你的厂是通用的、可移植的，不依赖于注册表、DLL或其它复杂的技巧。”
“但还有一个缺点，”我打断说。 “因为这个注册行为依赖于一个static对象必须已被初始化，如果在main被执行前就使用这个厂的话，不确保所有的creation函数成功注册。”
“不错，徒弟，你的厂依赖于静态初始化顺序问题，先知Cline讲解过这个问题 [5]。”她转身离开了。
“等一下，”我喊道。Guru转过身。我试图用一个文雅的方式询问盘据一个在我脑海中的问题。Guru在等待时向耳后捋了一下头发。”是关于鲍勃的。既然他是如此差的一个程序员，”我试图说道，”怎么……”
“为什么他还在这儿待着？”Guru接道。我点点头。Guru思索了一下。”你注意他老惹麻烦？主管认为他有两把刷子，不会犯错。因为我们……嗯……过去，鲍勃让他们相信，我对他的抱怨是源于作为前妻的怀恨。并且，对他而言，任何与我意见一致的人都是参与了我与他作对的阴谋－他的说法，不是我的。”
“真是无赖。你为什么容忍他？你可以另找一个同样的工作的。”我掰着手指。
她耸了一下肩。”除了鲍勃，我喜欢这儿。此外，如果我离开了，就不能享受这样挑他错的快乐了。”我们都笑了。”但是，说真的，”她接着说道，”这个公司有着大量的成长机会。比如，我们新的医疗设备部门将需要一个软件开发的核心人物－我在申请这个位置。”
“太好了！祝你好运，”我答道。Guru点头示谢。我回到我的工作间，以完成abstract factory模板的最后部分。
消息传来时，已是几天后的深夜。但我直到第二天早上起来后才知道的。还睡眼惺忪的，我陷入混乱，不同寻常的噪音使得我用手捂住耳朵缩成一团。”怎么回事？”我向已经先到的十几人嘟囔着，他们正高兴地互相交谈， “一大早怎么那么开心？”
主管吉尔伯笑着答道，”我们认为我们找到它了，我的孩子，我想我们是办到了。”
“什么？”我一头雾水。
“看起来能源恢复了，”珍妮说得很简捷。
[注释和参考]
[1] Gamma, Helm, Johnson, Vlissides. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software (Addison Wesley, 1995).
[2] Jim Hyslop and Herb Sutter. “Conversations: Roots,” C/C++ Users Journal C++ Experts Forum, May 2001, http://www.cuj.com/experts/1905/hyslop.htm.
[3] William Shakespeare. Two Gentlemen of Verona, I iii 22.
[4] The complete factory file, along with a small driver program, is available on the CUJ website at hyslop.zip.
[5] Marshall Cline. C++ FAQ-Lite, http://www.parashift.com/c++-faq-lite/.
