设计模式介绍之六：工厂模式（factory）的巧妙实现(一)

本文展示了实际项目中使用到的一个工厂模式实现，在向系统中添加新类型时，只需要在新类型的实现文件这一处做改动，将新增类型对应用程序代码的干扰降到了最低。

这个工厂实现的基本思想是：继承自同一个接口的新类型，通过一个函数来创建其对象，利用C++ 中类的构造函数会被自动调用这一特性，在新类型的实现文件中定义一个静态的（辅助）类对象，在该辅助类的构造函数中，向工厂单例注册新类型的创建函数。

先看下代码，然后我们一一来解释。下面是命令接口 CommandObject 的头文件内容：

class CommandObject
{
public:
    CommandObject(){}
    virtual ~CommandObject(){}

    virtual void execute() = 0;
};

我在正式的系统中使用命令模式，封装特定的操作，传递命令对象给一些 UI 元素，如 button 等，在 UI 元素被鼠标或按键触发时，会调用关联的 CommandObject 来执行特定的命令。有关命令模式，参考文章《设计模式介绍之三：命令模式(command)》。

下面是命令对象工厂类的头文件：

#ifndef COMMANDOBJECTFACTORY_H
#define COMMANDOBJECTFACTORY_H

#include "commandObject.h"

typedef CommandObject * (*LPFNCREATE)();

class  CommandObjectFactory
{
    CommandObjectFactory(const CommandObjectFactory &);
    CommandObjectFactory & operator=(const CommandObjectFactory &);
    CommandObjectFactory();

public:
    ~CommandObjectFactory();

    static CommandObjectFactory * instance();
    CommandObject * commandObject(const char * szKeyword);

    void regist(const char * szKeyword, LPFNCREATE lpfnCreate);

private:
    const char ** m_keywords;
    LPFNCREATE * m_functions;
    int m_iCount;
    int m_iCursor;
};


#define EXPORT_COMMAND_CREATOR(KEYWORD, COMMANDCLASS) \
    CommandObject * _command_object_creator_##KEYWORD() {\
        return new COMMANDCLASS;\
    }\
    class Static##KEYWORD##PluginInstance{ \
    public: \
        Static##KEYWORD##PluginInstance(){ \
            CommandObjectFactory::instance()->regist(#KEYWORD, _command_object_creator_##KEYWORD);\
        }\
    };\
    static Static##KEYWORD##PluginInstance static##KEYWORD##Instance

#endif // COMMANDOBJECTFACTORY_H

CommandObjectFactory 定义了用于创建对象的工厂方法 commandObject ，它接受一个字符串作为关键字，内部根据这个关键字来创建命令对象。还定义了一个方法 regist ，用来向工厂内注册命令对象的创建函数，主要是被后面定义的辅助宏 EXPORT_COMMAND_CREATOR 使用，自动进行创建函数的注册。

宏 EXPORT_COMMAND_CREATOR 有两个参数，一个是与具体命令对象实现类一一对应的关键字 KEYWORD，一个是命令对象类类名 COMMANDCLASS 。这个宏非常关键，正是它帮助我们完成创建函数的注册，同时使得我们把新增类型的代码改动限制在新类型的实现文件中，对已有代码没有任何影响。

宏 EXPORT_COMMAND_CREATOR 展开后又分为几部分：辅助类声明、作用域为文件的全局静态辅助类实例、辅助类构造函数调用 CommandObjectFactory::regist() 注册创建函数。它的使用也非常简单，我们会在后面提到。

下面是 CommandObjectFactory 的实现：

#include "commandObjectFactory.h"
#include 
  
   
#include 
   
     #include 
    
      using namespace std; #define INITIALISE_SIZE 32 #define INCREMENT_SIZE 8 static CommandObjectFactory * s_instance = 0; CommandObjectFactory::CommandObjectFactory() : m_keywords(0) , m_functions(0) , m_iCount(0) , m_iCursor(0) { } CommandObjectFactory::~CommandObjectFactory() { } CommandObjectFactory * CommandObjectFactory::instance() { if(!s_instance) { s_instance = new CommandObjectFactory; cout << "CommandObjectFactory initialised" << endl; } return s_instance; } void CommandObjectFactory::regist(const char * szKeyword, LPFNCREATE lpfnCreate) { if(!szKeyword || !lpfnCreate) return; //repeat check for(int i = 0; i < m_iCursor; ++i) { if(!strcmp(m_keywords[i], szKeyword)) return ; } if(!m_functions) { m_functions = (LPFNCREATE*)calloc(INITIALISE_SIZE, sizeof(LPFNCREATE)); m_keywords = (const char**)calloc(INITIALISE_SIZE, sizeof(char*)); m_iCount = INITIALISE_SIZE; m_iCursor = 0; } else if( m_iCursor == m_iCount ) { m_iCount += INCREMENT_SIZE; m_functions = (LPFNCREATE*)realloc( m_functions, m_iCount * sizeof(LPFNCREATE) ); m_keywords = (const char**)realloc( m_keywords, m_iCount * sizeof(char*)); } m_keywords[m_iCursor] = (const char *)strdup(szKeyword); m_functions[m_iCursor] = lpfnCreate; m_iCursor++; cout << "register create function for - " << szKeyword << endl; } CommandObject * CommandObjectFactory::commandObject(const char * szKeyword) { for(int i = 0; i < m_iCursor; ++i) { if(!strcmp(m_keywords[i], szKeyword)) { return m_functions[i](); } } cout << "no create function for - " << szKeyword << endl; return 0; } 
    
   
  

下面看看具体命令对象类的实现和自动注册宏 EXPORT_COMMAND_CREATOR 的使用。代码：

class ShutdownCommand : public CommandObject
{
public:
    void execute()
    {
        cout << endl << "ShutdownCommand::execute" << endl;
    }
};

EXPORT_COMMAND_CREATOR(shutdown, ShutdownCommand);


class RebootCommand : public CommandObject
{
public:
    void execute()
    {
        cout << endl << "RebootCommand::execute" << endl;
    }
};
EXPORT_COMMAND_CREATOR(reboot, RebootCommand);

下面是 main() 函数，看看怎么使用命令对象工厂来创建想要的命令对象：

int main()
{
    CommandObject * cmd = CommandObjectFactory::instance()->commandObject("shutdown");
    cmd->execute();
    return 0;
}

好啦，到现在为止，一个简单好用的简单工厂模式实现介绍完毕，我特意做了简