.NET獨有的精巧泛型設計模式

在.NET發展史中，2.0是具有里程碑意義的一個版本。從這個版本，.NET青出於藍(Java)，而勝於藍。在.NET 2.0帶來的諸多新特性中，我認為泛型是最重要，沒有之一。

雖然泛型出現已有多年，連Java都早已借鑒引入了泛型（雖然是語法糖），可是用泛型的編程思維方式並沒有得到相應的普及。一方面是由於過去大量的Framework仍然是在非泛型時代寫成的，另一方面泛型的設計模式沒有得到發展，改變的時候該到了。

來舉一個例子說明這兩點。我們如果寫過網絡數據抓取的代碼，應該熟悉這樣的代碼：

var request = WebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/") as HttpWebRequest;

 

或者這么寫，也是一樣：

var request = HttpWebRequest.Create("http://www.cnblogs.com/") as HttpWebRequest;

 

大家可想過，為什么每次都要as一下？

類似的情況還有，比如做圖像處理的弟兄會熟悉：

var bm = Image.FromFile("e:\\me.jpg") as Bitmap;

 和

var bm = Bitmap.FromFile("e:\\me.jpg") as Bitmap;

 我想過，但沒想明白。上面兩種寫法，都是調用父類的工廠方法，實際返回了一個子類的實例。顯然，即使不了解OCP，憑直覺也應該想到，父類的實現中不應該被子類所決定。寫WebRequest和Image的前輩可能也覺得直接返回子類實例不妥，所以陰險地把方法簽名的返回類型改成了父類。

雖然這種行徑值得嚴重鄙視。但.NET程序員大都是人雲亦雲，照葫蘆畫瓢的好學生，所以這個問題多年了也沒有修改。

理想的設計應該是這樣：父類的每個子類，都有獨立的工廠方法，返回其自身的實例。這樣做法，在泛型出現前非常笨拙，得不償失，但有了泛型，就可以精巧地實現。

以模擬Image類為例，Image和BitMap實現如下:

class Image<T> where T:Image<T>, new()
{
    public string Path { get; set; }

    public static T FromFile(string path)
    {
        return new T() { Path = path };
    }
}

class Bitmap:Image<Bitmap>
{
}

 

Image自身的工廠方法，就沒有存在的必要了。

可以簡單地測試一下：

var path = @"e:\me.jpg";
var bm = Bitmap.FromFile(path); ;

Console.WriteLine(bm.Path);
Console.WriteLine(bm.GetType().Name);

 

輸出結果如下：

Path: e:\me.jpg
Type: Bitmap

為了讓大家更熟悉一下，再舉一個實現數據結構中的二叉樹作例子。

傳統的樹節點類，無論無論C/C++/Java都是類似這樣：

class TreeNode
{
    public TreeNode LeftChild { get; set; }

    public TreeNode RightChild { get; set; }

    public TreeNode Parent { get; set; }

    public int Value { get; set; }
}

 

大家知道，二叉樹又分好幾種，AVL樹、B樹、紅黑樹等等。實現特殊的二叉樹數據結構，勢必要繼承TreeNode。由於樹節點的類型中，有類型為基類的成員，所以在子類操作這些成員時，往往也要強制轉換類型，這比Image和WebRequest的例子，只在實例創建時轉換類型還麻煩。

這就該泛型模式一顯身手的好機會了，請看其父類型的實現：

/// <typeparam name="T">Type of the node.</typeparam>
/// <typeparam name="K">Type of the node value.</typeparam>
class TreeNode<T,K> where T:TreeNode<T,K> where K: IComparable<K>
{
    public T LeftChild { get; set; }

    public T RightChild { get; set; }

    public T Parent { get; set; }

    public K Value { get; set; }
}

 

之后，實現任何一種特殊二叉樹結構，比如RBTreeNode代表紅黑樹節點，可以這樣：

class RBTreeNode : TreeNode<RBTreeNode,Int32>
{
    /// <summary>
    /// 樹節點顏色，是否為紅。
    /// </summary>
    public bool IsRed { get; set; }

    public override string ToString()
    {
        return this.Value + "," + (this.IsRed ? "R" : "B");
    }
}

 

這個是AVL樹：

class AvlTreeNode : TreeNode<AvlTreeNode,Int32>
{
    /// <summary>
    /// 節點的平衡度
    /// </summary>
    public int Balance { get; set; }

    public override string ToString()
    {
        return "Balance: " + Balance + ", Value: " + this.Value;
    }
}

 

不但完全符合OCP原則，而且再也不需要as來強制轉換節點類型了。

這肯定不是我的首創，其實.NET Framework中已經不少這樣的設計，比如IComparable<T>接口。也有不少優秀的框架采用了類似的設計，比如大石頭同學的ORM框架NewLife.XCode。

看上去也很簡單吧，但是很多人思維還停留在面向對象語言剛誕生的階段，還不習慣用這種設計模式。我認為這種寫法足夠典型和通用，足以得上一種設計模式，而且是.NET特殊優勢，獨特魅力。

說到設計模式，其實GOF提出的23種設計模式多年了，已經過時，出現了許多新模式（比如並發編程方面，參考Wiki Design Pattern）。舊有的模式中，有的已經包含在.NET語言特性中，有的模式實現方式已經改頭換面。尤其在泛型出現后，許多模式的實現可以變得簡潔許多，優雅許多。

不要一遍遍炒過去的冷飯，設計模式應該與時俱進，永遠是充滿新鮮活力的話題。