java基礎——面向接口程式設計詳解(二)程式設計執行個體

問題的提出

定義：現在我們要開發一個應用，模拟移動儲存設備的讀寫，即計算機與U盤、MP3、移動硬碟等裝置進行資料交換。

上下文（環境）：已知要實作U盤、MP3播放器、移動硬碟三種移動儲存設備，要求計算機能同這三種裝置進行資料交換，并且以後可能會有新的第三方的移動儲存設備，是以計算機必須有擴充性，能與目前未知而以後可能會出現的儲存設備進行資料交換。各個儲存設備間讀、寫的實作方法不同，U盤和移動硬碟隻有這兩個方法，MP3Player還有一個PlayMusic方法。

名詞定義：資料交換={讀，寫}

　　看到上面的問題，我想各位腦子中一定有了不少想法，這是個很好解決的問題，很多方案都能達到效果。下面，我列舉幾個典型的方案。

解決方案列舉

方案一：分别定義FlashDisk、MP3Player、MobileHardDisk三個類，實作各自的Read和Write方法。然後在Computer類中執行個體化上述三個類，為每個類分别寫讀、寫方法。例如，為FlashDisk寫ReadFromFlashDisk、WriteToFlashDisk兩個方法。總共六個方法。

方案二：定義抽象類MobileStorage，在裡面寫虛方法Read和Write，三個儲存設備繼承此抽象類，并重寫Read和Write方法。Computer類中包含一個類型為MobileStorage的成員變量，并為其編寫get/set器，這樣Computer中隻需要兩個方法：ReadData和WriteData，并通過多态性實作不同移動裝置的讀寫。

方案三：與方案二基本相同，隻是不定義抽象類，而是定義接口IMobileStorage，移動存儲器類實作此接口。Computer中通過依賴接口IMobileStorage實作多态性。

方案四：定義接口IReadable和IWritable，兩個接口分别隻包含Read和Write，然後定義接口IMobileStorage接口繼承自IReadable和IWritable，剩下的實作與方案三相同。

　　下面，我們來分析一下以上四種方案：

　　首先，方案一最直白，實作起來最簡單，但是它有一個緻命的弱點：可擴充性差。或者說，不符合“開放-關閉原則”（注：意為對擴充開放，對修改關閉）。當将來有了第三方擴充移動儲存設備時，必須對Computer進行修改。這就如在一個真實的計算機上，為每一種移動儲存設備實作一個不同的插口、并分别有各自的驅動程式。當有了一種新的移動儲存設備後，我們就要将計算機大卸八塊，然後增加一個新的插口，在編寫一套針對此新裝置的驅動程式。這種設計顯然不可取。

　　此方案的另一個缺點在于，備援代碼多。如果有100種移動存儲，那我們的Computer中豈不是要至少寫200個方法，這是不能接受的！

　　我們再來看方案二和方案三，之是以将這兩個方案放在一起讨論，是因為他們基本是一個方案（從思想層面上來說），隻不過實作手段不同，一個是使用了抽象類，一個是使用了接口，而且最終達到的目的應該是一樣的。

　　我們先來評價這種方案：首先它解決了代碼備援的問題，因為可以動态替換移動裝置，并且都實作了共同的接口，是以不管有多少種移動裝置，隻要一個Read方法和一個Write方法，多态性就幫我們解決問題了。而對第一個問題，由于可以運作時動态替換，而不必将移動存儲類寫死在Computer中，是以有了新的第三方裝置，完全可以替換進去運作。這就是所謂的“依賴接口，而不是依賴與具體類”，不信你看看，Computer類隻有一個MobileStorage類型或IMobileStorage類型的成員變量，至于這個變量具體是什麼類型，它并不知道，這取決于我們在運作時給這個變量的指派。如此一來，Computer和移動存儲器類的耦合度大大下降。

　　那麼這裡該選抽象類還是接口呢？還記得第一篇文章我對抽象類和接口選擇的建議嗎？看動機。這裡，我們的動機顯然是實作多态性而不是為了代碼複用，是以當然要用接口。

　　最後我們再來看一看方案四，它和方案三很類似，隻是将“可讀”和“可寫”兩個規則分别抽象成了接口，然後讓IMobileStorage再繼承它們。這樣做，顯然進一步提高了靈活性，但是，這有沒有設計過度的嫌疑呢？我的觀點是：這要看具體情況。如果我們的應用中可能會出現一些類，這些類隻實作讀方法或隻實作寫方法，如隻讀CD光牒，那麼這樣做也是可以的。如果我們知道以後出現的東西都是能讀又能寫的，那這兩個接口就沒有必要了。其實如果将隻讀裝置的Write方法留白或抛出異常，也可以不要這兩個接口。總之一句話：理論是死的，人是活的，一切從現實需要來，防止設計不足，也要防止設計過度。

　　在這裡，我們姑且認為以後的移動存儲都是能讀又能寫的，是以我們選方案三。

實作

　　下面，我們要将解決方案加以實作。我選擇的語言是C#，但是在代碼中不會用到C#特有的性質，是以使用其他語言的朋友一樣可以參考。

　　首先編寫IMobileStorage接口：

public interface MobileStorage{
       void Read();//從自身讀資料
       void Write();//将資料寫入自身
   }      

代碼比較簡單，隻有兩個方法，沒什麼好說的，接下來是三個移動儲存設備的具體實作代碼：

　　U盤

public class FlashDisk implements MobileStorage{
        //實作接口 實作接口中的方法
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to FlashDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }      

MP3

public class MP3Player implements MobileStorage{
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from MP3Player……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to MP3Player……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
        public void PlayMusic(){
            Console.WriteLine("Music is playing……");
        }
    }      

移動硬碟

public class MobileHardDisk implements MobileStorage{
        public void Read(){
            Console.WriteLine("Reading from MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Read finished!");
        }
        public void Write(){
            Console.WriteLine("Writing to MobileHardDisk……");
            Console.WriteLine("Write finished!");
        }
    }      

可以看到，它們都實作了IMobileStorage接口，并重寫了各自不同的Read和Write方法。下面，我們來寫Computer：

public class Computer{
       private MobileStorage usbDrive;
       public MobileStorage getUsbDrive{
             return this.usbDrive;
       }
       public void setUserDriver(MobileStorage usbDrive){
            this.usbDrive = usbDrive;
       }
       public Computer(){
       }
       public Computer(MobileStorage usbDrive){
           this.UsbDrive = usbDrive;
       }
       public void ReadData(){
           this.usbDrive.Read();
       }
       public void WriteData(){
           this.usbDrive.Write();
       }
   }      

其中的UsbDrive就是可替換的移動儲存設備，之是以用這個名字，是為了讓大家覺得直覺，就像我們平常使用電腦上的USB插口插拔裝置一樣。

　　OK！下面我們來測試我們的“電腦”和“移動儲存設備”是否工作正常。我是用的C#控制台程式，具體代碼如下：

class Tester{
        public static void Main(string[] args)
        {
            Computer computer = new Computer();
            MobileStorage mp3Player = new MP3Player();//多态 一個接口 不同的實作
            MobileStorage flashDisk = new FlashDisk();
            MobileStorage mobileHardDisk = new MobileHardDisk();
            System.out.println("I inserted my MP3 Player into my computer and copy some music to it:");
            computer.UsbDrive = mp3Player;//多态
            computer.WriteData();
            System.out.println();
           System.out.println("Well,I also want to copy a great movie to my computer from a mobile hard disk:");
            computer.UsbDrive = mobileHardDisk;
            computer.ReadData();
            System.out.println();
            System.out.println("OK!I have to read some files from my flash disk and copy another file to it:");
            computer.UsbDrive = flashDisk;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
        }
    }      

現在編譯、運作程式，如果沒有問題，将看到如下運作結果：

好的，看來我們的系統工作良好。

後來……

　　剛過了一個星期，就有人送來了新的移動儲存設備NewMobileStorage，讓我測試能不能用，我微微一笑，心想這不是小菜一碟，讓我們看看面向接口程式設計的威力吧！将測試程式修改成如下：

class Tester{
        //對拓展開放 對修改關閉
        public static void Main(string[] args){
            Computer computer = new Computer();
            MobileStorage newMobileStorage = new NewMobileStorage();
            System.out.println("Now,I am testing the new mobile storage:");
            computer.UsbDrive = newMobileStorage;
            computer.ReadData();
            computer.WriteData();
        }
    }      

編譯、運作、看結果：