程式碼的可攜性5- -運用Factory模式，對應平臺實作

在程序式語言中，如要打造可攜性介面，可透過類似建立物件以及多型函式指標的方式，將那些與平臺相關的資料變數及函式，通通集結在一塊，程式碼將因此變得更有組織、更容易理解。

運用物件導向觀念撰寫可攜性程式
在物件導向的觀念底下，我們可以將與平臺相關的動作及狀態，封裝成為個別的獨立物件，所有的物件都符合我們所制定的抽象化介面。在這介面之上，與平臺無關；介面之下，與平臺相關。

當我們使用正宗的物件導向程式語言時，需要的機制，語言本身都已提供，關鍵便在於如何運用。

使用物件導向程式語言時，如果想撰寫具可攜性的程式時，大抵上做法也是相同：

（1）設計抽象介面，以分離出與平臺相依的特性

（2）針對每個平臺，提供不同但都滿足此抽象介面的實作。
前一回中，我們看到了SDL中是如何以C實作SDL_VideoDevice這個會隨著平臺而異的「視訊設備」的抽象介面：

struct SDL_VideoDevice
{
const char *name;
int (*VideoInit) (_THIS);
…
int (*CreateWindow) (_THIS, SDL_Window * window);
int (*CreateWindow) (_THIS, SDL_Window * window);
int (*CreateWindowFrom) (_THIS, SDL_Window * window, const void *data);
void (*SetWindowTitle) (_THIS, SDL_Window * window);
void (*SetWindowIcon) (_THIS, SDL_Window * window, SDL_Surface * icon);
void (*SetWindowPosition) (_THIS, SDL_Window * window);
void (*SetWindowSize) (_THIS, SDL_Window * window);
…
};

倘若以C++實作，便有可能會像是這樣：

class VideoDevice
{
private:
const char *name;
public:
virtual int VideoInit(void) = 0;
…
virtual int CreateWindow (SDL_Window * window) = 0;
virtual int CreateWindow(SDL_Window * window) = 0;
virtual int CreateWindowFrom (SDL_Window * window, const void *data) = 0;
virtual void SetWindowTitle (SDL_Window * window) = 0;
virtual void SetWindowIcon(SDL_Window * window, SDL_Surface * icon) = 0;
virtual void SetWindowPosition(SDL_Window * window) = 0;
virtual void SetWindowSize(SDL_Window * window) = 0;
…
};

VideoDevice本身是個類別，但其中的函式都被宣告為純粹虛擬（Pure Virtual）的函式。這意謂著，它其實只是做為一個抽象化的介面，無法產生出任何樣例（Instance）。因此，接著必須再為不同的平臺，分別實作這個類別裡的每一個虛擬函式。例如：

class Win32_VideoDevice : publicVideoDevice
{
…
};
class MacOSX_VideoDevice : publicVideoDevice
{
…
};

相較於模擬物件導向的方式，有一些動作就可以簡化或省略，例如不再需要模擬_THIS指標，同時毋需自行設定每個函式指標確切指到的函式。

Win32_VideoDevice及MacOSX_VideoDevice都繼承自VideoDevice，並且實作了所有的虛擬函式。透過這種方式，我們可以讓用戶端的程式碼，只碰觸到VideoDevice這個基礎類別（在產生出具體的衍生類別實作後，將其向上轉型至基礎類別），因此，對用戶端的程式碼而言，完全不會牽扯到任何平臺相關的程式碼。這些細目都隱藏起來了。

這正是多型的妙用所在。

站在物件的層次，分析出系統與平臺相異的部分
物件導向的思考方式，不僅幫助我們將與平臺相關的操作及資料變數群集在一塊，同時幫助我們站在物件的層次上，思考如何分析出系統中與平臺相異的部分。從命名便不難稍見端倪，當你將類別命名為VideoDevice時，便暗示著從物件的角度出發，用「視訊設備」這個抽象的物件概念，來指涉那些會隨著平臺而異的諸般操作，像是建立視窗、設定視窗標題、設定視窗大小等。

這麼一來，像是「音訊設備」、「搖桿」等控制方式隨平臺而異的東西，都可以利用物件導向的設計觀念，將它們視為物件，並且設計出每種物件的抽象介面。此後，基於這抽象介面而寫下的程式碼，自然就能確保其可攜性。

運用設計模式解決平臺對應的問題
除了我們反覆提到的介面化的技巧之外，最後我要提到一件事，當我們針對每個平臺都提供實作之後，在特定平臺執行時，究竟要如何對應到實作。

當我們寫C語言，並且使用一組鬆散的同名函式做為介面以及實作時，同時間只有一個平臺的程式碼會被編譯進去，因此不論是在那一個平臺上，都只會有一份實作，因此沒有對應的問題。

可是，當我們利用struct封裝每個平臺上各自相異的資料變數及程式碼時，便需要將struct中的每一個函式指標，指向特定平臺的函式實作。問題來了，該於何處指向？同時，這個strut的變數，又要於何處建立？

利用物件導向語言時，同樣無法逃脫同樣的問題。該如何建立所執行平臺上的實作物件？我們希望讓用戶端的程式碼只碰觸到基礎類別，也就是在產生出具體的衍生類別實作後，將其向上轉型至基礎類別，以便讓用戶端的程式碼完全不會牽扯到任何和平臺有關的程式碼。

針對這樣的問題，在設計模式裡有個好的解決方案——Factory。

Factory模式可協助撰寫跨平臺的可攜程式碼
之前介紹過 Factory這種用來負責產生物件實體的設計模式。我們可以再來回顧其中最單純的「Simple Factory Method」。

所謂的「Simple Factory Method」，就是指透過某個專門類別的特定Method，產生符合某一既定產品介面的實際產品。

對於想要保持平臺中立的用戶端程式碼而言，利用這個設計模式只需透過BaseClass（例如VideoDevice）產生真正的實作（例如Win32_VideoDevice或MacOSX_VideoDevice），它本身並不需要知道具體會是那一份實作，對它而言，一律都是BaseClass。唯一需要知道究竟是那一份實作的，就只有BaseClass，於是便可以將這個與平臺相關的資訊封裝於此處。

最重要的工作，仍是可攜性介面的設計
如果你稍微鑽研一下SDL中的程式碼，便會發現，即使它採用C語言寫成，但是，同樣運用了類似Factory生成模式的技巧，產生對應平臺的實作。

利用Factory可以讓用戶端程式碼更乾淨、更對平臺一無所悉。不過對於撰寫可攜性程式碼而言，它只是扮演一個加強的技巧。真正重要的工作，還是回歸到可攜性介面的設計，因為不論是採用程序式語言或物件導向語言的那一種實作方式，這介面設計的好壞，終究才是影響最為深遠的因素。

作者簡介─王建興
	清華大學資訊工程系的博士研究生，研究興趣包括電腦網路、點對點網路、分散式網路管理、以及行動式代理人，專長則是Internet應用系統的開發。曾參與過的開發專案性質十分廣泛而且不同，從ERP、PC Game到P2P網路電話都在他的涉獵範圍之內。