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[ASP.net教程]设计模式之 面向对象的养猪厂的故事,C#演示(二)


(三) 优先使用聚合,而不是继承

有一段时间,养猪场的老板雇用了清洁工人来打扫猪舍。但有一天,老板忽然对自己说"不对啊,既然我有机器人,为什么还要雇人来做这件事情?应该让机器人来打扫宿舍!"
于是,这个需求被提交到了机器人的研发小组。看到这个需求,我们敏感地意识到,这是一个潜藏了更多变化的需求,未来机器人的功能还可能会不断增加,于是,我们提取出了一个抽象的机器人接口,并实现了两个具体的机器人类一-喂猪机器人和清洁机器人。系统的结构如图V8-1所示。

 

                              图V8-1

 

这样一来,老板希望机器人工作时,可以调用机器人接口的"工作"方法。由于这也是针对接口编程,当老板需要新的机器人时,只要添加具体的机器人类即可,其他代码无需变化。这似乎己经解决了我们遇到的问题。
但这里还存在另外一个问题:图v8-1 中的继承结构是在编译期间就确定了的,在运行期不能发生任何变化。因此,如果养猪场需要一个喂猪机器人和→个清洁机器人,那么我们必须在养猪场中放进这两个具体的机器人。依此类推,如果未来养猪场还需要兽医机器人、屠宰机器人等等,养猪场中不就挤满了机器人吗?更为重要的是,每添加一种机器人的类型,主是们就必须改动代码中的某一个地方,以便把这个机器人放进养猪场中,这就又会违反开闭原则了。在这种情况下,使用聚合的机制能很好地解决问题,因为基于聚合的结构可以在运行期间发生变化。
使用聚合机制的养猪场如图v10-1 所示。我们把机器人接口改成了功能接口,而清洁功能和喂猪功能实现了这个功能接口。真正的机器人类中聚合了一个功能接口的引用,这样,我们只需要在养猪场中放进一个机器人,该机器人中聚合了一个喂猪功能,这时它是一个喂猪机器人。当我们需要打扫养猪场时,老板只需要调用机器人中的"变形"方法,并传递一个"清洁功能"对象给机器人,机器人就会像《变形金刚》中的"擎天柱"一样,大吼一声"汽车人,变形"就变成了-个清洁机器人了。

                                    图v10-1

 

面向对象养猪厂V10版本实现代码如下:

 1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.ComponentModel; 4 using System.Data; 5 using System.Drawing; 6 using System.Linq; 7 using System.Text; 8 using System.Windows.Forms; 9  10 namespace PigFactoryV10 11 { 12   /* 13    * 猪悟能的博客 14    * http://www.cnblogs.com/hackpig/ 15    *  16    有一段时间,老板雇用清洁工人打扫猪厂,但有一天,老板对自己说“我有了机器人,为什么还要雇用人打扫猪场?” 17    于是,软件团队必须开发新的清洁机器人品种 18    这里,机器人的类型成了变化点 19    20    下面的代码使用了聚合方式,把机器人功能变成接口,只要操作员调用“变形”功能,并传入一个“清洁功能”,机器人就会 21    由喂猪机器人变身为清洁机器人。 22    如果未来要增加屠宰机器人,原有代码也不用修改。 23    24    这里反映出设计模式的第三个核心设计原则: 25    26    优先使用聚合而不是继承。 27   */ 28  29   public partial class Form1 : Form 30   { 31     public Form1() 32     { 33       InitializeComponent(); 34       btn_clean.Click += new EventHandler(btn_clean_Click); 35       btn_feed.Click += new EventHandler(btn_feed_Click); 36     } 37  38     void btn_feed_Click(object sender, EventArgs e) 39     { 40       adminMan man1 = new adminMan(1, "大润发养猪场"); 41       this.rtbMsgInfo.Text = man1.Msg; 42     } 43  44     void btn_clean_Click(object sender, EventArgs e) 45     { 46       adminMan man1 = new adminMan(2, "大润发养猪场"); 47       this.rtbMsgInfo.Text = man1.Msg; 48     } 49   } 50  51  52   public class adminMan:feedPigFactory 53   { 54     private string _msg; 55  56     public string Msg 57     { 58       get { return _msg; } 59       set { _msg = value; } 60     } 61  62     public adminMan(int funId,string factoryname) 63     { 64       base.FactoryName = factoryname; 65       robot robot1 = null; 66       switch (funId) 67       { 68         case 1:   //喂食 69           robot1= new robot(); 70           IList<Ipig> list1=new List<Ipig>(); 71           list1.Add(new dbPig(1)); 72           list1.Add(new dbPig(2)); 73           list1.Add(new dbPig(3)); 74           robot1.transformation(new feedPig(list1)); 75           this._msg = robot1.work(); 76           break; 77         case 2:   //清洁 78           robot1= new robot(); 79           robot1.transformation(new clean()); 80           this._msg= robot1.work(); 81           break; 82         default: 83           break; 84       } 85     } 86  87  88   } 89  90  91   public interface IfunInterface 92   { 93     string work(); 94   } 95  96   public class robot 97   { 98     private IfunInterface _robotFun; 99 100     public IfunInterface RobotFun101     {102       get { return _robotFun; }103       set { _robotFun = value; }104     }105 106     public void transformation(IfunInterface robotFun)107     {108       this._robotFun = robotFun;109     }110     public string work()111     {112      return this._robotFun.work();113     }114   }115 116 117 118 119 120   public class clean : IfunInterface121   {122     public string work()123     {124       return "正在打扫清洁..."+Environment.NewLine;125     }126   }127 128   public class feedPig : IfunInterface129   {130     IList<Ipig> pigList = new List<Ipig>();131 132     public feedPig(IList<Ipig> plist)133     {134       foreach (Ipig m in plist)135         pigList.Add(m);136     }137 138     public feedPig()139     {140     }141 142     public void Attack(Ipig pig)143     {144       pigList.Add(pig);145     }146 147     public string work()148     {149       string msgstr = string.Empty;150       foreach (Ipig m in pigList)151       {152         msgstr += m.eat() + Environment.NewLine;153       }154 155       return string.Format("{0}{1}{2}",156         "大润发养猪场" + Environment.NewLine,157         "喂猪机器人开始工作...." + Environment.NewLine + Environment.NewLine,158         msgstr);159     }160   }161 162 163 164   public abstract class feedPigFactory165   {166     private string _factoryName;167 168     public string FactoryName169     {170       get { return _factoryName; }171       set { _factoryName = value; }172     }173 174   }175 176 177 178   public interface Ipig179   {180 181     int PigIndex182     {183       get;184       set;185     }186 187     string eat();188 189   }190 191 192   public class cbPig : Ipig193   {194     private int _pigIndex;195 196     public int PigIndex197     {198       get { return _pigIndex; }199       set { _pigIndex = value; }200     }201     public cbPig(int pignum)202     {203       this._pigIndex = pignum;204     }205 206     public string eat()207     {208       return string.Format("{0}[{1}]开始吃.", "长白猪", _pigIndex);209     }210   }211 212 213 214   public class dbPig : Ipig215   {216     private int _pigIndex;217 218     public int PigIndex219     {220       get { return _pigIndex; }221       set { _pigIndex = value; }222     }223     public dbPig(int pignum)224     {225       this._pigIndex = pignum;226     }227 228     public string eat()229     {230       return string.Format("{0}[{1}]开始吃.", "大白猪", _pigIndex);231     }232   }233 234 235 236 }

 

运行结果如上图所示, 老板可以下达指令在喂食和清洁机器人之间切换了.

 

代码说明:

 在这里,喂猪机器人类是把原来直接调用Work() 喂食方法, 变成了先由transformation()指定功能类型, 再来执行Work().

public class robot  {    private IfunInterface _robotFun;    public IfunInterface RobotFun    {      get { return _robotFun; }      set { _robotFun = value; }    }    public void transformation(IfunInterface robotFun)    {      this._robotFun = robotFun;    }    public string work()    {      return this._robotFun.work();    }  }

而功能类型就是个IfunInterface接口, 而clearn(打扫清洁功能), feedPig(喂猪功能), 都是承继这个接口的.

public interface IfunInterface  {    string work();  }

public class clean : IfunInterfacepublic class feedPig : IfunInterface

最后利用工厂方法, 决定了机器人在喂食,还是清洁两种功能之间切换.

 public adminMan(int funId,string factoryname)    {      base.FactoryName = factoryname;      robot robot1 = null;      switch (funId)      {        case 1:   //喂食          robot1= new robot();          IList<Ipig> list1=new List<Ipig>();          list1.Add(new dbPig(1));          list1.Add(new dbPig(2));          list1.Add(new dbPig(3));          robot1.transformation(new feedPig(list1));          this._msg = robot1.work();          break;        case 2:   //清洁          robot1= new robot();          robot1.transformation(new clean());          this._msg= robot1.work();          break;        default:          break;      }    }

实际上我们是聚合IfunInterface这个抽象接口,即通过指向接口类的引用来访问对象, 这种实现方法其实是综合了聚合与继承两种机制的方式

 

此后,当我们添加一个新的机器人种类(如兽医机器人)时,只需要添加一个兽医功能的派生类,老板就可以根据自己的需要,在任何时刻命令机器人在三个种类之间随意变形。可以看出,添加一个机器人类型时,需要改动的代码都在系统外部,系统内已有的代码不需要发生变化。这里的聚合机制使我们很好地满足了开闭原则。

总之,继承和聚合是两种各不相同也各有优缺点的机制:

  • 继承反映的是类之间"……是一个……"这样的关系,它在编译期间静态定义。继承的优点是使用起来比较简单(因为面向对象的语言直接支持继承机制),对设计

人员来说比较容易理解。但继承也有缺点:

首先,你不能在运行期间改变继承树的结构,因为继承是在编译期间定义的:

其次,基类中往往定义了部分的实现,基类的实现暴露给派生类后,继承机制就会破坏数据和操作的封装,使派生类对基类产生较强的依赖O

 

  • 聚合反映的是类之间"有-个……"或"……包含一个……"的关系,它是在运行期间动态定义的,因此,被聚合对象的类型可以很容易地在运行期间发生变化,只要我们保证它们的接口相同,满足完全替换原则即可。而且,使用聚合可以更好地封装对象,使每一个类集中在单个职能上,类的继承层次也会保持较小的规模,不会造成类数量的爆炸。聚合的缺点是它并不是面向对象语言直接支持的一个特性,用户必须编写一些代码来完成聚合功能。例如,上面机器人类中的"工作"方法就必须把消息转发给内部聚合的功能对象,即调用功能对象的"工作"方法。被聚合对象的接口必须遵从聚合类的要求,这种消息转发的方式又被称为"委托( Delegation ) "。一般来说,聚合的结构比继承更难理解一些。

从上面的分析可以看出,聚合在某些方面比继承更为优越。但我们强调聚合的作用绝不是否定继承的优点。使用聚合时,我们必须遵循针对接口编程的设计原则,不能聚合某一个具体的派生类对象,而应该聚合该类的抽象接口,即通过指向接口类的引用或指针来访问对象----这种实现方法其实是综合了聚合与继承两种机制的方式。


由此,我们可以总结出设计模式的第三个核心设计原则
继承反映的是类之间的"……是一个…"的关系,聚合反映的是类之间"…有一个……"或包含一个……"的关系。在不违反这个关系前提下,应该
优先使用聚合而不是继承, 同时,聚合也必须和接口及相关的继承结构协同使用。

 

全文完.

 

本文源代码下载

包括面向对象养猪厂的各种版本实现代码(C#示例), 和VS2010绘制的UML类图.