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面向接口编程详解(二)——编程实例

不最醉不龟归
 不最醉不龟归
发布于 2016/11/17 16:35
字数 3048
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通过上一篇文章的讨论,我想各位朋友对“面接接口编程”有了一个大致的了解。那么在这一篇里,我们用一个例子,让各位对这个重要的编程思想有个直观的印象。为充分考虑到初学者,所以这个例子非常简单,望各位高手见谅。

问题的提出 

定义:现在我们要开发一个应用,模拟移动存储设备的读写,即计算机与U盘、MP3、移动硬盘等设备进行数据交换。

上下文(环境):已知要实现U盘、MP3播放器、移动硬盘三种移动存储设备,要求计算机能同这三种设备进行数据交换,并且以后可能会有新的第三方的移动存储设备,所以计算机必须有扩展性,能与目前未知而以后可能会出现的存储设备进行数据交换。各个存储设备间读、写的实现方法不同,U盘和移动硬盘只有这两个方法,MP3Player还有一个PlayMusic方法。

名词定义:数据交换={读,写}

 看到上面的问题,我想各位脑子中一定有了不少想法,这是个很好解决的问题,很多方案都能达到效果。下面,我列举几个典型的方案。

解决方案列举

方案一:分别定义FlashDisk、MP3Player、MobileHardDisk三个类,实现各自的Read和Write方法。然后在Computer类中实例化上述三个类,为每个类分别写读、写方法。例如,为FlashDisk写ReadFromFlashDisk、WriteToFlashDisk两个方法。总共六个方法。

方案二:定义抽象类MobileStorage,在里面写虚方法Read和Write,三个存储设备继承此抽象类,并重写Read和Write方法。Computer类中包含一个类型为MobileStorage的成员变量,并为其编写get/set器,这样Computer中只需要两个方法:ReadData和WriteData,并通过多态性实现不同移动设备的读写。

方案三:与方案二基本相同,只是不定义抽象类,而是定义接口IMobileStorage,移动存储器类实现此接口。Computer中通过依赖接口IMobileStorage实现多态性。

方案四:定义接口IReadable和IWritable,两个接口分别只包含Read和Write,然后定义接口IMobileStorage接口继承自IReadable和IWritable,剩下的实现与方案三相同。

 下面,我们来分析一下以上四种方案:

首先,方案一最直白,实现起来最简单,但是它有一个致命的弱点:可扩展性差。或者说,不符合“开放-关闭原则”(注:意为对扩展开放,对修改关闭)。当将来有了第三方扩展移动存储设备时,必须对Computer进行修改。这就如在一个真实的计算机上,为每一种移动存储设备实现一个不同的插口、并分别有各自的驱动程序。当有了一种新的移动存储设备后,我们就要将计算机大卸八块,然后增加一个新的插口,在编写一套针对此新设备的驱动程序。这种设计显然不可取。

此方案的另一个缺点在于,冗余代码多。如果有100种移动存储,那我们的Computer中岂不是要至少写200个方法,这是不能接受的!

我们再来看方案二和方案三,之所以将这两个方案放在一起讨论,是因为他们基本是一个方案(从思想层面上来说),只不过实现手段不同,一个是使用了抽象类,一个是使用了接口,而且最终达到的目的应该是一样的。

我们先来评价这种方案:首先它解决了代码冗余的问题,因为可以动态替换移动设备,并且都实现了共同的接口,所以不管有多少种移动设备,只要一个Read方法和一个Write方法,多态性就帮我们解决问题了。而对第一个问题,由于可以运行时动态替换,而不必将移动存储类硬编码在Computer中,所以有了新的第三方设备,完全可以替换进去运行。这就是所谓的“依赖接口,而不是依赖与具体类”,不信你看看,Computer类只有一个MobileStorage类型或IMobileStorage类型的成员变量,至于这个变量具体是什么类型,它并不知道,这取决于我们在运行时给这个变量的赋值。如此一来,Computer和移动存储器类的耦合度大大下降。

那么这里该选抽象类还是接口呢?还记得第一篇文章我对抽象类和接口选择的建议吗?看动机。这里,我们的动机显然是实现多态性而不是为了代码复用,所以当然要用接口。

最后我们再来看一看方案四,它和方案三很类似,只是将“可读”和“可写”两个规则分别抽象成了接口,然后让IMobileStorage再继承它们。这样做,显然进一步提高了灵活性,但是,这有没有设计过度的嫌疑呢?我的观点是:这要看具体情况。如果我们的应用中可能会出现一些类,这些类只实现读方法或只实现写方法,如只读光盘,那么这样做也是可以的。如果我们知道以后出现的东西都是能读又能写的,那这两个接口就没有必要了。其实如果将只读设备的Write方法留空或抛出异常,也可以不要这两个接口。总之一句话:理论是死的,人是活的,一切从现实需要来,防止设计不足,也要防止设计过度。

在这里,我们姑且认为以后的移动存储都是能读又能写的,所以我们选方案三。

实现

下面,我们要将解决方案加以实现。我选择的语言是C#,但是在代码中不会用到C#特有的性质,所以使用其他语言的朋友一样可以参考。

首先编写IMobileStorage接口:

Code:IMobileStorage

1namespace InterfaceExample
2{
3    public interface IMobileStorage
4    {
5        void Read();//从自身读数据
6        void Write();//将数据写入自身
7    }
8}

代码比较简单,只有两个方法,没什么好说的,接下来是三个移动存储设备的具体实现代码:

U盘

Code:FlashDisk

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    public class FlashDisk : IMobileStorage
 4    {
 5        public void Read()
 6        {
 7            Console.WriteLine("Reading from FlashDisk……");
 8            Console.WriteLine("Read finished!");
 9        }
10
11        public void Write()
12        {
13            Console.WriteLine("Writing to FlashDisk……");
14            Console.WriteLine("Write finished!");
15        }
16    }
17}

MP3

Code:MP3Player

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    public class MP3Player : IMobileStorage
 4    {
 5        public void Read()
 6        {
 7            Console.WriteLine("Reading from MP3Player……");
 8            Console.WriteLine("Read finished!");
 9        }
10
11        public void Write()
12        {
13            Console.WriteLine("Writing to MP3Player……");
14            Console.WriteLine("Write finished!");
15        }
16
17        public void PlayMusic()
18        {
19            Console.WriteLine("Music is playing……");
20        }
21    }
22}

移动硬盘

Code:MobileHardDisk

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    public class MobileHardDisk : IMobileStorage
 4    {
 5        public void Read()
 6        {
 7            Console.WriteLine("Reading from MobileHardDisk……");
 8            Console.WriteLine("Read finished!");
 9        }
10
11        public void Write()
12        {
13            Console.WriteLine("Writing to MobileHardDisk……");
14            Console.WriteLine("Write finished!");
15        }
16    }
17}

可以看到,它们都实现了IMobileStorage接口,并重写了各自不同的Read和Write方法。下面,我们来写Computer:

Code:Computer

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    public class Computer
 4    {
 5        private IMobileStorage _usbDrive;
 6
 7        public IMobileStorage UsbDrive
 8        {
 9            get
10            {
11                return this._usbDrive;
12            }
13            set
14            {
15                this._usbDrive = value;
16            }
17        }
18
19        public Computer()
20        {
21        }
22
23        public Computer(IMobileStorage usbDrive)
24        {
25            this.UsbDrive = usbDrive;
26        }
27    
28        public void ReadData()
29        {
30            this._usbDrive.Read();
31        }
32
33        public void WriteData()
34        {
35            this._usbDrive.Write();
36        }
37    }
38}

其中的UsbDrive就是可替换的移动存储设备,之所以用这个名字,是为了让大家觉得直观,就像我们平常使用电脑上的USB插口插拔设备一样。

OK!下面我们来测试我们的“电脑”和“移动存储设备”是否工作正常。我是用的C#控制台程序,具体代码如下:

Code:测试代码

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    class Program
 4    {
 5        static void Main(string[] args)
 6        {
 7            Computer computer = new Computer();
 8            IMobileStorage mp3Player = new MP3Player();
 9            IMobileStorage flashDisk = new FlashDisk();
10            IMobileStorage mobileHardDisk = new MobileHardDisk();
11
12            Console.WriteLine("I inserted my MP3 Player into my computer and copy some music to it:");
13            computer.UsbDrive = mp3Player;
14            computer.WriteData();
15            Console.WriteLine();
16
17            Console.WriteLine("Well,I also want to copy a great movie to my computer from a mobile hard disk:");
18            computer.UsbDrive = mobileHardDisk;
19            computer.ReadData();
20            Console.WriteLine();
21
22            Console.WriteLine("OK!I have to read some files from my flash disk and copy another file to it:");
23            computer.UsbDrive = flashDisk;
24            computer.ReadData();
25            computer.WriteData();
26            Console.ReadLine();
27        }
28    }
29}

现在编译、运行程序,如果没有问题,将看到如下运行结果:

图2.1 各种移动存储设备测试结果

好的,看来我们的系统工作良好。

后来……

刚过了一个星期,就有人送来了新的移动存储设备NewMobileStorage,让我测试能不能用,我微微一笑,心想这不是小菜一碟,让我们看看面向接口编程的威力吧!将测试程序修改成如下:

Code:测试代码

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    class Program
 4    {
 5        static void Main(string[] args)
 6        {
 7            Computer computer = new Computer();
 8            IMobileStorage newMobileStorage = new NewMobileStorage();
 9
10            Console.WriteLine("Now,I am testing the new mobile storage:");
11            computer.UsbDrive = newMobileStorage;
12            computer.ReadData();
13            computer.WriteData();
14            Console.ReadLine();
15        }
16    }
17}

编译、运行、看结果:

哈哈,神奇吧,Computer一点都不用改动,就可以使新的设备正常运行。这就是所谓“对扩展开放,对修改关闭”。

图2.2 新设备扩展测试结果

又过了几天,有人通知我说又有一个叫SuperStorage的移动设备要接到我们的Computer上,我心想来吧,管你是“超级存储”还是“特级存储”,我的“面向接口编程大法”把你们统统搞定。

但是,当设备真的送来,我傻眼了,开发这个新设备的团队没有拿到我们的IMobileStorage接口,自然也没有遵照这个约定。这个设备的读、写方法不叫Read和Write,而是叫rd和wt,这下完了……不符合接口啊,插不上。但是,不要着急,我们回到现实来找找解决的办法。我们一起想想:如果你的Computer上只有USB接口,而有人拿来一个PS/2的鼠标要插上用,你该怎么办?想起来了吧,是不是有一种叫“PS/2-USB”转换器的东西?也叫适配器,可以进行不同接口的转换。对了!程序中也有转换器。

这里,我要引入一个设计模式,叫“Adapter”。它的作用就如现实中的适配器一样,把接口不一致的两个插件接合起来。由于本篇不是讲设计模式的,而且Adapter设计模式很好理解,所以我就不细讲了,先来看我设计的类图吧:
如图所示,虽然SuperStorage没有实现IMobileStorage,但我们定义了一个实现IMobileStorage的SuperStorageAdapter,它聚合了一个SuperStorage,并将rd和wt适配为Read和Write,SuperStorageAdapter

图2.3 Adapter模式应用示意

具体代码如下:

Code:SuperStorageAdapter

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    public class SuperStorageAdapter : IMobileStorage
 4    {
 5        private SuperStorage _superStorage;
 6
 7        public SuperStorage SuperStorage
 8        {
 9            get
10            {
11                return this._superStorage;
12            }
13            set
14            {
15                this._superStorage = value;
16            }
17        }
18    
19        public void Read()
20        {
21            this._superStorage.rd();
22        }
23
24        public void Write()
25        {
26            this._superStorage.wt();
27        }
28    }
29}

好,现在我们来测试适配过的新设备,测试代码如下:

Code:测试代码

 1namespace InterfaceExample
 2{
 3    class Program
 4    {
 5        static void Main(string[] args)
 6        {
 7            Computer computer = new Computer();
 8            SuperStorageAdapter superStorageAdapter = new SuperStorageAdapter();
 9            SuperStorage superStorage = new SuperStorage();
10            superStorageAdapter.SuperStorage = superStorage;
11
12            Console.WriteLine("Now,I am testing the new super storage with adapter:");
13            computer.UsbDrive = superStorageAdapter;
14            computer.ReadData();
15            computer.WriteData();
16            Console.ReadLine();
17        }
18    }
19}

运行后会得到如下结果:

图2.4 利用Adapter模式运行新设备测试结果

OK!虽然遇到了一些困难,不过在设计模式的帮助下,我们还是在没有修改Computer任何代码的情况下实现了新设备的运行。

 好了,理论在第一篇讲得足够多了,所以这里我就不多讲了。希望各位朋友结合第一篇的理论和这个例子,仔细思考面向接口的问题。当然,不要忘了结合现实。

本文转载自:http://www.cnblogs.com/leoo2sk/archive/2008/04/11/1148236.html

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