Strategy VS Mixin（番外篇）——动态混入扩展方法

    我那时什么也不懂！我应该根据她的行为，而不是根据她的话来判断她。她使我的生活芬芳多彩，我真不该离开她跑出来。我本应该猜出在她那令人爱怜的花招后面所隐藏的温情。花是多么自相矛盾！我当时太年青，还不懂得爱她。
                                                                                    ——圣埃克絮佩里
                                                                                          摘自《小王子》

摘要

如果扩展方法(Extension Method)可以动态选择要扩展的对象……

   *   *   *   *   *   *

这里有个非常有趣的设计。Quackable和Squeakable接口拥有相同函数签名的抽象函数WhoAmI()和Quack()。当Marllard Duck（以及Redhead Duck）同时实现了Quackable和Squeakable接口时，就被同时混入了两个版本的Quack()方法。这样就可以在运行期动态决定是使用Quackable.Quack()还是Squeakable.Quack()了。

有什么感觉？是不是很乱很强大？

感觉很强大，是因为Mallard Duck就像变相怪杰，换个面具（interface），行为就完全不同了，而且是动态的哟。以前，这种“运行期动态改变对象行为”的功能只能用Strategy才能实现。虽然背后的运作原理不同，但这个设计仍然可以给人一种duck.Quack()方法的行为被“动态”改变了的感觉。

它可以作为Strategy的替代品么？不，决不能。Strategy表现出来的语义是“Mallard Duck有一种鸣叫的方法——嘎嘎叫或吱吱叫”(Strategy的例子可以参考上一篇)。再来看一下图一，Mallard Duck同时实现了Quackable和Squeakable接口，所表现出来的语义是“Mallard Duck既能嘎嘎叫同时又能吱吱叫”，这可就和我们的本意相悖了。

Strategy模式是把对象的行为提炼成显式的概念，一大好处是你只要看一看有哪些类实现了QuackBehavior接口，就知道一共有多少种鸣叫的方法了。这个在图一的设计里是完全体现不出来的。

难道说Strategy就是Strategy，天上地下独一无二的Strategy？
难道说我们一不小心又弄了个垃圾设计？

在急着把它扔进垃圾箱之前，不妨再作一个设想：如果可以在运行期动态决定让Mallard Duck实现哪个接口又会如何？

源代码下载：GeekDesign.rar (VS2008控制台工程)

动态实现接口

这个设计与图一的设计只有一点点不同：Mallard Duck（以及Redhead Duck）在编译期既不实现Quackable接口也不实现Squeakable接口。这样，在一开始的时候（编译期）Mallard Duck没有鸣叫的能力，但是有鸣叫的潜力（因为实现了WhoAmI()函数）。在运行期，通过让Mallard Duck动态实现Quackable接口，使它被动态混入QuackModule.Quack()函数，就具有了嘎嘎叫的能力；或动态实现Quackable接口，使它被动态混入Squeakable.Quack()， 就具有了吱吱叫的能力。

源代码下载： DuckTyping.rar(VS2008控制台工程)

怎么样？虽然只进行了一点点改变，感觉却完全不同了。当然，本例的“动态混入不同的算法”和Strategy的“动态替换不同的算法”还是有一些差别。但是不管怎么说，我们的设计工具箱里又多了件超灵活的利器。

但是它是怎么实现的？呵呵，是使用了CodeProject上的一个开源类库NDuck。我知道很多人一听到开源项目或第三方的东东就会头痛了。不过请相信我，NDuck真的是超级小巧超级简便的——小巧到全部源代码才几百行，简便到无需任何配置只要引用一个NDuck.dll文件就可以使用了。

附录

1. Duck Typing 简介

Duck Typing是一种基于动态类型的编程方式。在这种方式里，将根据一个对象当前所具有的方法和属性集来决定有效语义，而不是根据这个对象所继承的类。（这个我喜欢。王侯将相，宁有种乎？） Duck Typing这名称来源于Duck Test。

Duck Test
If a bird looks like a duck, swims like a duck and quacks like a duck, then it's probably a duck..
如果一只鸟外表像鸭子，游起泳来像鸭子并且叫起来像鸭子，那么它可能就是鸭子。

在Duck Typing里，我们只关心对象是否实现了需要被使用的那些方面，而不是对象本身的类型。就像我喜欢张曼玉这种类型的，但却不是非张曼玉或张曼玉的女儿不娶。

在C#这样的静态类型语言里，我们可能会定义这样一个用于判断字符串是否为空的函数IsEmpty().
bool IsEmpty(String arg)
{
    return arg.Length <= 0;
}
虽然数组或Stream对象都有Length属性，却不能使用这个函数。要想判断它们是否为空，我们必须再写两个IsEmpty()函数。
bool IsEmpty(Array arg)
{
    return arg.Length <= 0;
}
bool IsEmpty(Stream arg)
{
    return arg.Length <= 0;
}

而在Ruby这种动态类型的语言里，只需定义一个IsEmpty()函数就行了。

# 判断arg是否为空
def is_empty?(arg)
  return arg.length <= 0
end

s1 = 'abc'     # 字符串
s2 = ''          # 空字符串
a = [1,3,5]     # 数组

puts is_empty?(s1)  # => false
puts is_empty?(s2)  # => true
puts is_empty?(a)   # => false

2. NDuck 项目简介

不论你是否喜欢Duck Typing，应该都会同意在上面那个C#的例子中写3个几乎一模一样的IsEmpty()函数很是累赘。有什么方法可以只写一个函数么？

C#提供编译期的类型检查，但是也提供了绕过类型检查的方法——反射。我们可以让IsEmpty()函数接收Object类型的参数，然后使用反射获得参数的Length属性。

static bool IsEmpty(Object arg)
{
    // 通过反射取得arg的Length属性的值
    int length = (int)arg.GetType().GetProperty("Length").GetValue(arg, null);
    return length <= 0;
}

这个IsEmpty()函数可以适用于任何拥有Length属性的对象。但是千万别把它用于你的程序，它会让程序慢得像蜗牛。而且使用反射又麻烦又不直观。我宁肯去微软总部示威游行，要求把C#改成动态语言。

另一种方法是定义一个HasLength接口，让IsEmpty()针对这个接口编程。

public interface HasLength
{
    int Length { get; }
}

static bool IsEmpty(HasLength arg)
{
    return arg.Length <= 0;
}

这个版本的IsEmpty()函数适用于任何实现了HasLength接口的对象。但是我们没法修改String、Array和Stream的源代码，怎能让它们实现HasLength接口呢？还记得那句经典的“Any problem in computer science can be solved with another layer of indirection.”么？NDuck实现动态实现接口的方法就是动态创建一个代理类Duck0，让这个代理类实现HasLength接口并作为String的代理。例如

string s = "abc";
HasLength s1 = DuckTyping.Implement<HasLength>(s);

将动态创建一个代理类Duck0

public class Duck0 : HasLength 
{
    private string _obj;

    public Duck0(string obj) 
    {
        this._obj = obj;
    }

    int HasLength.Length 
    {
        get 
        {
            return this._obj.Length;
        }
    }
}

然后就可以这样使用IsEmpty()了。

static void Main(string[] args)
{
    string s = "abc";
    int[] a = new int[] { };

    HasLength s1 = DuckTyping.Implement<HasLength>(s);
    HasLength a1 = DuckTyping.Implement<HasLength>(a);

    Console.WriteLine(IsEmpty(s1));  // 输出: False
    Console.WriteLine(IsEmpty(a1));  // 输出: True

    Console.WriteLine(s1.GetType().Name); // 输出: Duck0
}

是的，要知道HasLength接口拥有哪些函数还是要使用反射，还有动态生成、编译代码，这些工作肯定会耗费一些时间。但是NDuck保证这些工作只会进行一次，然后这些动态生成的代理类就会被缓存起来以备后用。所以，如果你的程序是用于心脏起搏器或控制火箭发射，我不建议你使用它，其它情况则不必太担心。

参考文献

Thomas et al, 孙勇等 译, Programming Ruby 中文版。电子工业出版社，2007.
Russ Olsen, Design Patterns in Ruby. Addison-Wesley, 2007.
Guenter Prossliner, DuckTyping: Runtime Dynamic Interface Implementation. codeproject, 2006.
Duck typing. Wikipedia. （可能需要使用代理）