C#語(yǔ)言引入了許多新的語(yǔ)法來(lái)表達(dá)程序設(shè)計(jì)。我們所選擇的技巧，實(shí)際上是向維護(hù)、擴(kuò)展和使用我們軟件的開(kāi)發(fā)人員表達(dá)了我們的設(shè)計(jì)意圖。所有的C#類型都生存于.NET環(huán)境中。.NET環(huán)境對(duì)于所有類型的能力也都有某種假設(shè)。如果我們違反了這些假設(shè)，那么類型不能正常工作的可能性就會(huì)大大增加。

本章的條款并不是要對(duì)軟件設(shè)計(jì)技巧進(jìn)行概要介紹——這方面的著作已經(jīng)不少。相反，本章主要探討如何更好地利用不同的C#語(yǔ)言特性，來(lái)表達(dá)我們的軟件設(shè)計(jì)意圖。C#語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者們添加了許多語(yǔ)言特性，來(lái)讓我們更清晰地表達(dá)現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)中的各種慣用法（idiom）。某些語(yǔ)言特性之間的差別非常小，我們通常有許多選擇。選擇多剛開(kāi)始看起來(lái)似乎是好事情，但是當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)需要擴(kuò)展現(xiàn)有的程序時(shí)，區(qū)別就開(kāi)始顯現(xiàn)了。我們首先要確保很好地理解本章中的各個(gè)條款，然后在應(yīng)用它們的時(shí)候，要對(duì)軟件未來(lái)可能的擴(kuò)展有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。

某些語(yǔ)法的改變使我們擁有了新的詞匯來(lái)表述日常的慣用法。屬性、索引器、事件和委托都是這樣例子，還有類與接口的區(qū)別：類定義類型，接口聲明行為?；惵暶黝愋?，同時(shí)定義一組相關(guān)類型所共有的行為。其他一些設(shè)計(jì)慣用法也由于垃圾收集器的引入而有所改變。而且，由于絕大多數(shù)變量都是引用類型，因此也會(huì)為我們的設(shè)計(jì)慣用法帶來(lái)一些變化。

本章的推薦條款將幫助大家選擇最自然的構(gòu)造來(lái)表達(dá)自己的軟件設(shè)計(jì)，從而使創(chuàng)建的軟件更易于維護(hù)、擴(kuò)展和使用。

條款19：定義并實(shí)現(xiàn)接口優(yōu)于繼承類型

抽象基類為類層次（class hierarchy）提供了一個(gè)共用的祖先類（ancestor）。接口則描述了一組可以由某個(gè)類型實(shí)現(xiàn)的緊湊的功能。每一個(gè)都有自己的用武之地，但用處各不相同。接口是一種按合同設(shè)計(jì)（design by contract）的方式：一個(gè)實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口的類型，必須提供接口中約定的方法實(shí)現(xiàn)。抽象基類則為一組相關(guān)的類型提供了一個(gè)共用的抽象。下面的表述雖然是陳詞濫調(diào)，但是很有用：繼承意味著“is a”，接口意味著“behaves like”。這些表述之所以至今仍有生命力，是因?yàn)樗鼈兒芎玫孛枋隽藘煞N構(gòu)造之間的差別：基類描述了對(duì)象是什么；接口描述了對(duì)象的行為方式。

接口描述了一組功能，或者說(shuō)一個(gè)合同。我們可以在接口中為任何構(gòu)造創(chuàng)建占位符（placeholder）：方法、屬性、索引器和事件。任何實(shí)現(xiàn)了接口的類型都必須為接口中定義的所有元素提供具體的實(shí)現(xiàn)，即必須實(shí)現(xiàn)所有的方法，提供所有的屬性訪問(wèn)器和索引器，并定義接口中定義的所有事件。我們應(yīng)該識(shí)別可重用的行為，并將它們提取出來(lái)定義在接口中。我們可以將接口用做函數(shù)的參數(shù)，并返回值。由于不相關(guān)的類型可以共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口，因此我們將有更多機(jī)會(huì)重用代碼。而且，實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，要比繼承一個(gè)我們創(chuàng)建的類型更加容易。

我們不能在接口中提供任何成員的實(shí)現(xiàn)。接口不能包含實(shí)現(xiàn)，也不能包含任何具體的數(shù)據(jù)成員。接口是在聲明一種合同：所有實(shí)現(xiàn)了接口的類型都要負(fù)責(zé)履行其中的約定。

除了描述共同的行為外，抽象基類還可以為派生類型提供一些具體的實(shí)現(xiàn)。在抽象類中，我們可以指定數(shù)據(jù)成員、具體的方法、虛方法的實(shí)現(xiàn)、屬性、事件和索引器。基類可以實(shí)現(xiàn)一些具體的方法，因此可以為子類提供一些通用的可重用代碼。任何元素都可以為虛擬成員、抽象成員或者非虛成員。抽象基類可以為任何具體的行為提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)，而接口則不能。

這種實(shí)現(xiàn)重用還提供了另一種好處：如果向基類中添加一個(gè)方法，所有派生類都將自動(dòng)隱含這個(gè)方法。從這個(gè)角度來(lái)看，基類為我們提供了一種隨時(shí)間推移可以有效擴(kuò)展多個(gè)類型功能的方式。通過(guò)向基類中添加并實(shí)現(xiàn)某種功能，所有的派生類都將立即擁有該功能。而向接口中添加一個(gè)成員，則會(huì)破壞所有實(shí)現(xiàn)了該接口的類。它們不會(huì)包含新的方法，并且不會(huì)再通過(guò)編譯。每一個(gè)具體的類型都必須更新自己，來(lái)實(shí)現(xiàn)新的成員。

在抽象基類和接口之間做選擇，實(shí)際上是一個(gè)如何隨著時(shí)間的推移更好地支持抽象的問(wèn)題。接口的特點(diǎn)是比較穩(wěn)定：我們將一組功能封裝在一個(gè)接口中，作為其他類型的實(shí)現(xiàn)合同?；悇t可以隨著時(shí)間的推移進(jìn)行擴(kuò)展。這些擴(kuò)展將成為每個(gè)派生類的一部分。

上述兩種模型可以混合使用，從而允許類型在支持多個(gè)接口的同時(shí)，可以重用實(shí)現(xiàn)代碼。一個(gè)典型的例子是System.Collections.CollectionBase。該類提供了一個(gè)基類，使用它可以避免.NET集合類中缺乏類型安全的問(wèn)題。同時(shí)，它也實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)我們需要的接口：IList、ICollection和IEnumerable。另外，它還提供了一些受保護(hù)的方法，我們可以重寫(xiě)它們來(lái)定制一些自己需要的行為。IList接口包含的Insert()方法會(huì)將一個(gè)新的對(duì)象添加到集合中。不用提供我們自己的Insert()實(shí)現(xiàn)，我們就可以通過(guò)重寫(xiě)CollectionBase類的OnInsert()或者OnInsertCcomplete()虛方法來(lái)處理一些事件。

public class IntList : System.Collections.CollectionBase

{

  protected override void OnInsert( int index, object value )

  {

    try

    {

      int newValue = System.Convert.ToInt32( value );

      Console.WriteLine( "Inserting {0} at position {1}",

        index.ToString(), value.ToString());

        Console.WriteLine( "List Contains {0} items",

        this.List.Count.ToString());

    }

    catch( FormatException e )

    {

      throw new ArgumentException(

       "Argument Type not an integer",

       "value", e );

    }

  }

  protected override void OnInsertComplete( int index,

    object value )

  {

    Console.WriteLine( "Inserted {0} at position {1}",

      index.ToString( ), value.ToString( ));

    Console.WriteLine( "List Contains {0} items",

      this.List.Count.ToString( ) );

  }

}

public class MainProgram

{

  public static void Main()

  {

    IntList l = new IntList();

    IList il = l as IList;

    il.Insert( 0,3 );

    il.Insert( 0, "This is bad" );

  }

}

上述代碼創(chuàng)建了一個(gè)整數(shù)數(shù)組鏈表，并使用IList接口指針往集合中添加兩個(gè)不同的值。通過(guò)重寫(xiě)OnInsert()方法，IntList類可以測(cè)試插入值的類型，如果其類型不是整數(shù)，它就會(huì)拋出一個(gè)異常?；悶槲覀兲峁┝四J(rèn)的實(shí)現(xiàn)，并設(shè)置了一些掛鉤（hook）供我們定制派生類的行為。

CollectionBase基類為我們提供了一個(gè)可用的實(shí)現(xiàn)。我們基本上不需要編寫(xiě)很多代碼，因?yàn)榭梢允褂没愔刑峁┑耐ㄓ脤?shí)現(xiàn)。但是IntList的公有API來(lái)自于CollectionBase實(shí)現(xiàn)的接口：IList、ICollection和IEnumerable。CollectionBase為我們提供了這些接口的通用實(shí)現(xiàn)。

下面談?wù)剬⒔涌谟米鰠?shù)和返回值的情況。一個(gè)接口可以被任意數(shù)量的無(wú)關(guān)類型實(shí)現(xiàn)。針對(duì)接口的編碼方式（coding to interface）為其他開(kāi)發(fā)人員提供了比針對(duì)基類型的編碼方式（coding to base class type）更大的靈活性。這很重要，因?yàn)?NET環(huán)境將類型繼承層次限定為單繼承。

下面兩個(gè)方法執(zhí)行的是同樣的任務(wù)：

public void PrintCollection( IEnumerable collection )

{

  foreach( object o in collection )

  Console.WriteLine( "Collection contains {0}",

    o.ToString( ) );

}

public void PrintCollection( CollectionBase collection )

{

  foreach( object o in collection )

  Console.WriteLine( "Collection contains {0}",

    o.ToString( ) );

}

第2個(gè)方法的可重用性比較差，它不能和Arrays、ArrayLists、DataTables、Hashtables、ImageLists或其他很多集合類一起使用。將接口作為方法的參數(shù)類型不僅適應(yīng)面廣，而且易于重用。

使用接口為一個(gè)類定義API還會(huì)為我們提供更大的靈活性。例如，許多應(yīng)用程序都使用DataSet在應(yīng)用程序的組件之間傳遞數(shù)據(jù)。這樣，就很容易將代碼像如下一樣寫(xiě)死：

public DataSet TheCollection

{

  get { return _dataSetCollection; }

}

這會(huì)使我們很容易在將來(lái)遇到問(wèn)題。比如，在未來(lái)的某個(gè)時(shí)候，我們可能不希望向外界提供DataSet，轉(zhuǎn)而提供DataTable或者DataView，甚至是創(chuàng)建自定義的對(duì)象。所有這些改變都會(huì)破壞現(xiàn)有的代碼。當(dāng)然，我們可以改變參數(shù)類型，但是那會(huì)改變類型的公有接口。改變一個(gè)類的公有接口，會(huì)導(dǎo)致我們對(duì)龐大的系統(tǒng)做很多改變。該公有屬性被訪問(wèn)的所有地方，都需要進(jìn)行改變。

第2個(gè)問(wèn)題更為直接和棘手：DataSet類提供有許多方法可以改變其中包含的數(shù)據(jù)。這樣，類型用戶便可能刪除其中的表，修改其中的列，甚至替換其中的每一個(gè)對(duì)象。那肯定不會(huì)是我們想要的結(jié)果。幸運(yùn)的是，我們可以通過(guò)返回期望給用戶使用的接口（而非返回整個(gè)DataSet對(duì)象引用），來(lái)限制類型用戶的能力。DataSet支持IListSource接口，可作數(shù)據(jù)綁定之用：

using System.ComponentModel;

public IListSource TheCollection

{

  get { return _dataSetCollection as IListSource; }

}

IListSource接口允許用戶通過(guò)GetList()方法來(lái)查看其中的數(shù)據(jù)。它還有一個(gè)ContainsListCollection屬性允許用戶判斷集合的整體結(jié)構(gòu)。使用IListSource接口，可以訪問(wèn)DataSet中的單個(gè)條目，但是其整體結(jié)構(gòu)不能被改變。另外，調(diào)用者也不能通過(guò)刪除約束或者添加功能，來(lái)使用DataSet上的方法改變其中數(shù)據(jù)上可用的行為。

當(dāng)使用類將屬性提供給外界時(shí)，它實(shí)際上會(huì)把整個(gè)類的接口暴露給外界。通過(guò)使用接口，我們可以選擇只提供那些期望給用戶使用的方法和屬性。用來(lái)實(shí)現(xiàn)接口的類屬于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，它會(huì)隨著時(shí)間的推移而改變（參見(jiàn)條款23）。

此外，不相關(guān)的類型可以實(shí)現(xiàn)同樣的接口。假設(shè)我們編寫(xiě)了一個(gè)應(yīng)用程序來(lái)管理員工、客戶和廠商。至少在類層次中，它們之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)。但是，它們共享著某種相同的功能。它們都有名稱，我們可能會(huì)在一些Windows控件中顯示這些名稱。

public class Employee

{

  public string Name

  {

    get

    {

      return string.Format( "{0}, {1}", _last, _first );

    }

  }

  // 忽略其他細(xì)節(jié)。

}

public class Customer

{

  public string Name

  {

    get

    {

      return _customerName;

    }

  }

  // 忽略其他細(xì)節(jié)。

}

public class Vendor

{

  public string Name

  {

    get

    {

      return _vendorName;

    }

  }

}

Employee、Customer和Vendor三個(gè)類不應(yīng)該共享一個(gè)基類。但是它們共享著一些屬性：名稱（如上面的代碼所展示）、地址和聯(lián)系電話。我們可以將這些屬性放在一個(gè)接口中：

public interface IContactInfo

{

  string Name { get; }

  PhoneNumber PrimaryContact { get; }

  PhoneNumber Fax { get; }

  Address PrimaryAddress { get; }

}

public class Employee : IContactInfo

{

  // 忽略實(shí)現(xiàn)。

}

這個(gè)新的接口可以簡(jiǎn)化我們的編程任務(wù)，因?yàn)樗试S我們創(chuàng)建相同的函數(shù)來(lái)操作不相關(guān)的類型：

public void PrintMailingLabel( IContactInfo ic )

{

  // 忽略實(shí)現(xiàn)。

}

上面的函數(shù)可以應(yīng)用于所有實(shí)現(xiàn)了IContactInfo接口的類型。Employee、Customer和Vendor類型都可以作為上述函數(shù)的參數(shù)，因?yàn)樗鼈兌紝?shí)現(xiàn)了該接口。

有時(shí)候，使用接口還可以幫助我們避免結(jié)構(gòu)類型的拆箱（unbox）代價(jià)。當(dāng)我們將結(jié)構(gòu)實(shí)例放入一個(gè)裝箱對(duì)象時(shí)，該裝箱對(duì)象實(shí)際上支持結(jié)構(gòu)支持的所有接口。當(dāng)通過(guò)接口指針來(lái)訪問(wèn)該結(jié)構(gòu)時(shí)，我們不必拆箱即可訪問(wèn)到內(nèi)部的數(shù)據(jù)。下面的例子展示了一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中定義了一個(gè)鏈接和一個(gè)描述：

public struct URLInfo : IComparable

{

  private string URL;

  private string description;

  public int CompareTo( object o )

  {

    if (o is URLInfo)

    {

      URLInfo other = ( URLInfo ) o;

      return CompareTo( other );

    }

    else

      throw new ArgumentException(

        "Compared object is not URLInfo" );

  }

  public int CompareTo( URLInfo other )

  {

    return URL.CompareTo( other.URL );

  }

}

由于URLInfo實(shí)現(xiàn)了IComparable接口，因此我們可以創(chuàng)建一個(gè)URLInfo對(duì)象的排序鏈表。將URLInfo結(jié)構(gòu)添加到鏈表中時(shí)，它會(huì)被裝箱。但是Sort()方法不需要對(duì)排序過(guò)程中需要比較的兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行拆箱，即可調(diào)用CompareTo()方法。當(dāng)然，我們?nèi)匀恍枰獙?duì)其中作為參數(shù)的那個(gè)對(duì)象（other）進(jìn)行拆箱，但是對(duì)于調(diào)用IComparable.CompareTo()方法時(shí)左邊的那個(gè)對(duì)象，則不需要拆箱。

綜上所述，基類描述并實(shí)現(xiàn)了一組相關(guān)類型間共用的行為。接口則描述了一組比較緊湊的功能，供其他不相關(guān)的具體類型來(lái)實(shí)現(xiàn)。二者都有自己的用武之地。類定義了我們要?jiǎng)?chuàng)建的類型。接口以功能分組的形式描述了那些類型的行為。如果理解好二者之間的差別，我們便可以創(chuàng)建更富表現(xiàn)力、更能應(yīng)對(duì)變化的設(shè)計(jì)。應(yīng)該使用類層次來(lái)定義相關(guān)的類型，然后讓它們實(shí)現(xiàn)不同的接口，以便通過(guò)接口向外界提供功能。