Dependency Injection 筆記 (3)

《.NET 相依性注入》的試閱章節連載 (3)

本文摘自電子書《.NET 相依性注入》，您可至書籍首頁下載試閱章節。
書籍首頁網址：https://leanpub.com/dinet

續上集，本文開始進入第二章。

讀完第 1 章以後，您應該已經了解 DI 的用途與目的，接著要來進一步了解的是 DI 的實作技術，也就是注入相依物件的方式。本章所介紹的相依性注入方式，又稱為「窮人的 DI」（poor man’s DI），因為這些用法都與特定 DI 工具無關，亦即不使用任何現成的 DI 框架（例如 Unity、Autofac）。畢竟，DI 只是一組設計原則與模式，不依賴任何工具也能實現。

本章範例原始碼位置：https://github.com/huanlin/di-book-support 裡面的 Examples/ch02 資料夾。

設計模式梗概

每個模式都描述了一個不斷發生在我們周遭的問題，然後描述該問題的核心解法，於是你便可以一再使用該解法，而無須對同樣的事情做兩次工。
—— Christopher Alexander. A Pattern Language.

除了第 1 章提到的 S.O.L.I.D. 設計原則，在運用 DI 技術時，也經常需要搭配一些設計模式（design patterns），例如 Factory Method（工廠方法）、Decorator（裝飾）、Composite（組合）、Adapter（轉換器）等等。基於後續章節討論的必要，本節將介紹幾個相關的設計模式。如需比較完整深入的介紹，可參考相關書籍，例如：《物件導向設計模式》、《深入淺出設計模式》、《重構－向範式前進》等等。

小引－電器與介面

日常生活中，四處可見電器用品，例如電視、微波爐、電腦等等。這些電器通常都有條電線，電線尾端是個插頭，而當我們要使用這些電器時，就把插頭插在牆壁或電源插座上，電器便能夠獲得所需之電力。一般情況下，沒有人會捨插座不用，而把電器的電源線固定焊在牆壁的電源插座。假使真這麼做，萬一有一天電視或電腦故障而需要維修，那可就麻煩了。

不只電源插座，電腦的 USB 插槽也一樣——它們都具備寬鬆耦合的特性。這裡的電源插座或 USB 插槽，對應到軟體世界裡的概念，便是介面。一個介面就等於是一份規格，而各家廠商所生產的各式各樣的電源插座或 USB 插槽，就是遵照其標準規格（介面）所實作出來的產品，或簡稱實作品。用軟體的術語來說，這些實作品就是類別——實作了特定介面的類別。

介面的威力即在於一旦訂出標準規格，各家廠商便可依照標準介面來製作各類產品。對使用者來說，好處則是享有多種選擇，因為他們不會被特定廠商的產品綁住；只要他們高興，隨時可以更換不同的產品，而且通常是隨插即用。在軟體的世界裡，介面也有同樣的好處：讓類別與類別之間保持寬鬆耦合，以便提供隨時抽換實作類別的彈性。

Null Object 模式

回到電源插座的例子。如果我們將電腦的電源線從插座上拔起，它們就只是彼此不再連接而已，電腦和插座並不會因此而著火或爆炸。但是在軟體程式的世界裡，若物件 A 會呼叫物件 B（物件 A 依賴物件 B），而當你將物件 B 移除，亦即物件 B 不存在時，程式就會發生 NullReferenceException 類型的錯誤。於是，我們常常會在程式裡面加入檢查物件參考是否為 null 的邏輯，例如：

if (anObject != null)
    anObject.DoSomething();
else
    DoSomethingElse();

如果在程式中一再重複寫這些檢查 null 的邏輯，程式碼便會膨脹，而且在解讀程式的主要邏輯時，常常得要跳過這些檢查邏輯，多少會形成閱讀程式碼的阻礙。針對此問題，我們可以設計一個空的、完全不做任何事的類別，然後在變數有可能是 null 的地方，讓它們指向那個空的物件。這種模式叫做 Null Object。

Null Object 的優點：可減少撰寫判斷物件參考是否為 null 的防錯邏輯。但前提是開發人員得知道有 Null Object 可用，否則還是會寫出多餘的防錯程式碼。

Null Object 類別通常要實作某個介面（或繼承自抽象類別），但實作程式碼完全沒做任何事，即所有方法都只是個空殼子，或僅提供無害的預設行為。以程式中常用的 logging（日誌）機制為例，我們可以將寫入日誌的操作定義成一個 ILogger 介面，然後依實際需要實作不同的 logging 類別，例如用來將日誌訊息輸出至 Console 的 ConsoleLogger。此外，考慮到應用程式有時候可能不需要紀錄任何訊息，我們可以實作一個 NullLogger 類別，當作 Null Object 使用。結構圖如下。

底下分別是 ILoger 介面以及 NullLogger 和 ConsoleLogger 類別的程式碼：

public interface ILogger
{
    Log(string msg);
}

public class NullLogger : ILogger
{
    public void Log(string msg)
    {
        // 不做任何事
    }
}

public class ConsoleLogger : ILogger
{
    public void Log(string msg)
    {
        Console.WriteLine(msg);
    }
}

像底下這個函式，呼叫端只要傳入 ConsoleLogger 物件，日誌訊息就會輸出至 Console；而當呼叫端想要停止記錄日誌，便可傳入 NullLogger 物件。如此一來，就不用在每次寫入日誌訊息時都重複寫一遍檢查 logger 物件是否為 null 的防錯邏輯。

void DoSomething(ILogger logger)
{
    logger.Log("開始執行 DoSomething 函式。");
    ....
}

Note: Null Object 本身並不需要「進化」成真正有做事的物件，因為它的存在就是為了提供一個完全不做任何事、不具任何意義的物件。

Decorator 模式

一般情況下，如果在使用電腦時突然停電了，尚未儲存的資料就會消失不見。為了解決此問題，我們可以在牆壁的電源插座與電腦電源線之間加入一個不斷電系統（UPS）。此時，UPS 的電源線會接在牆壁的電源插座上，而電腦的電源則改接在 UPS 上。此三者在串接的時候，都是透過單一的標準介面：插座。類似這種透過同一介面來串接多個不同物件的作法，叫做Decorator Pattern（裝飾模式）。此模式可以讓我們為物件層層疊加新的功能上去，而無須修改既有的類別。下圖為 Decorator 模式的結構圖。

延續前面的 logging 範例，假設想要在每次輸出 log 訊息時額外加上當時的日期時間，而且前提是不可修改既有的 ILogger 和 ConsoleLogger 類別，該怎麼做？

我們可以使用 Decorator 模式。作法為：設計一個新的類別，此類別不僅要實作 ILogger 介面，而且還需要使用既有的 ConsoleLogger 物件來輸出 log 訊息。簡單起見，我就把這個類別命名為 DecoratedLogger。程式碼如下：

public class DecoratedLogger : ILogger
{
    private ILogger logger;
    public DecoratedLogger(ILogger aLogger)
    {
        logger = aLogger;
    }
    public void Log(string msg)
    {
        logger.Log(DateTime.Now.ToString() + " - " + msg);
    }
}

下圖描繪了這個簡略版本的 Decorator 模式範例的類別結構：

於是，在用戶端程式中使用這個新的 DecoratedLogger 來輸出 log 訊息時，可以這麼寫：

void DoSomething()
{
    ILogger logger = new DecoratedLogger(new ConsoleLogger());
    logger.Log("Hello, 裝飾模式!");
}

你可以看到，在這次的修改當中，既有的 ILogger 和 ConsoleLogger 完全沒有動到。我們只增加了一個新類別（DecoratedLogger），就為應用程式加上了新功能。這也就符合了第 1 章提過的 OCP（開放／封閉原則）。

未完待續....

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