Day10 CH5 使用鴨子類型技巧降低成本(上)

2023 iThome 鐵人賽

DAY 10

自我挑戰組

入坑 RoR 必讀 - Ruby 物件導向設計實踐系列第 10 篇

15th鐵人賽 ood duck type monkey patching ruby

lilith

2023-09-10 21:34:38

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今天要來瞭解另一種介面，有別於第4章所提及的「介面」：存在於類別裡，並且由其方法所組成。另一種介面是指跨越多個類別，並獨立於單一類別的「介面」，介面代表的是一組訊息，由訊息自身定義了這個介面。

許多不同的類別作為其整體的一部分，可能是實作了介面所要求的方法，像是介面定義了某個虛擬類別，也就是說，任何類別實作了所要求的方法就可以表現得像是介面類型。

鴨子類型（Duck Type）

當時在五倍上課時，龍哥問了我們什麼是鴨子型別，那是我第一次聽到鴨子型別。查了許多參考資料，加上寫程式一段時間，才讓我更加理解了鴨子類型，現在透過說明，希望對正在閱讀此篇文章的你能夠有所幫助。

依據 wiki 的定義：

If it walks like a duck and it quacks like a duck, then it must be a duck.
他走起路像鴨子，具有鴨子叫聲，我們就可以說他是鴨子。

鴨子類型（Duck type）是一種用來譬喻動態型別語言(Dynamically Typed Language)的設計風格。在這種風格中，一個對象有效的語意，~~不是由繼承自特定的類或實現特定的介面~~，而是由「當前方法和屬性的集合」決定。主要根據特徵判斷，可以提供強大的靈活性，實現 多型(polymorphism) ，有關多型將會在其他章節說明，這邊先讓我們把重點放在鴨子就好。

更白話一點來說，鴨子類型指的是不會綁定到任何特定類別的公共介面，鴨子類型物件就像是變色龍，它們是按其特徵、行爲而非其類別來定義的。因此，如果物件叫起來像鴨子，走起來像鴨子，那麼其類別並不重要，它就是一隻鴨子。

理解鴨子類型

物件的使用者不需要(也不應該)關心它的類別，類別只是物件取得公共介面的一種方式。物件藉由類別方式所取得的公共介面，可能只是類別所包含的公共介面中的其中一個，一個物件可以實作多個不同的介面，這稱為「鴨子類型」。正確使用鴨子類型和跨類別的類型，可以創建出靈活的、有結構的設計，其重點不在於這個物件 是什麼，而是在於它要 做什麼，這種靈活性有助於建立更容易擴展和維護的系統。

實例演練

*本章延續上個章節的自行車例子繼續說明

Trip的prepare方法會傳送prepare_bicycles訊息給包含在mechanic參數裡的那個物件。在此處，儘管參數名稱為mechanic，但它所包含的那個物件可以是任何類別。

prepare方法對Mechanic類別並沒有外顯的依賴關係，實際上，它依賴於所接收到可以回應
prepare_bicycles的物件。

class Trip
    attr_reader :bicycles, :customers, :vehicle
    #這個「mechanic」參數可以是任何類別 
  def prepare(mechanic)
        mechanic. prepare_bicycles (bicycles)
    end

    #...
end

# 如果剛好傳遞了這個類別的實例，
# 它就可以運作
class Mechanic
    def prepare_bicycles(bicycles)
        bieyeles.each {|bicycle | prepare_bicycle(bicycle)} 
    end

    def prepcire_bicycle (bicycle) 
        #...
    end
end

假設需求發生了變化，除「需要技工以外，現在旅程準備還要包括一名協調員和一名司機。

# Trip的準備工作變得很複雜  
class Trip
    attr_reader :bicycles, :customers, :vehicle

    def prepare(preparers) 
        preparers.each {|preparer|
            case preparer 
            when Mechanic
                preparer.prepare_bicycles(bicycles)
            when Tripcoordinator
                preparer.buy_food(customers)
            when Driver
                preparer.gas_up(vehicle) 
                preparer.fi1l_water_tank(vehicle) 
            end
        }
    end
end

# 當引入TripCoordinator和Driver時
class Tripcoordinator 
    def buy_food(customers)
        # ...
    end
end

class Driver 
    def gas__up(vehic1e)
        # ...
    end
    def fill_water_tank(vehicle) 
        # ...
    end
end

Trip知道太多的具體類別和方法，這裡的每一個參數都是不同的類別，並實作了不同的方法。為了知道要傳送
哪一則訊息，你必須檢查每個參數的類別。增加case...when敘述來選擇類別，這可以解決將正確訊息傳送到
正確物件的問題，但也會導致依賴關係暴增。

prepare依賴於特定的類別，它依賴於那些確切的名稱。它知道每一個類別所能理解的訊息名稱，以及訊息所要
求的參數，再次違背了迪米特法則。

引入了新的訊息，Trip的prepare方法現在期望其參數為可以回應prepare, trip的Preparer。
```
# Trip的準備工作變得更加簡單
class Trip
    attr_reader :bicycles, :customers, :vehicle
    def prepare (preparers) 
        preparers.each {|preparer|
            preparer.prepare_trip(self) }
    end 
end

# 當所有準備者都是可以回應
# 「prepare_trip」的鴨子類型時 
class Mechanic 
    def prepare_trip(trip)
        trip .bicycles.each {|bicycle| prepare_bicycle(bicycle)}
    end
    # ...
end

class Tripcoordinator
    def prepare_trip(trip) 
        buy_food(trip.customers) 
    end
    # ...
end

class Driver
    def prepare_trip(trip) 
        vehicle = trip.vehicle 
        gas_up(vehicle) 
        fill_water_tank(vehicle) 
    end
    # ...
end
```
Preparer還沒有具體的存在。它是概念上關於公共介面的一種抽象以及協定。這是一種虛構化的設計。實作
prepare_trip的物件就是Preparer。與之相反，那些與Preparer進行互動的物件只需要相信它們實作 Preparer介面即可。

修改方向就會變成：prepare方法現在期望其參數為Preparer，並且每個參數的類別都實作了這個新介面。 prepare方法現在可以接受新的Preparer，同時不用被迫進行修改。如果有需要，也可以輕易地建立出其他
更多的Preparer。

抽象程式碼最初可能很模糊，但一旦理解之後，修改會變得更加容易。使用鴨子類型會將程式碼從具體逐漸轉變為
抽象，進而讓程式碼更易於擴展。

撰寫鴨子類型的程式碼

識別出隱藏的鴨子類型

選擇類別的case...when敘述
有一條case...when敘述，它用於對應用程式裡的領域物件類別名進行選擇。

class Trip
    attr_reader :bicycles, :customers, :vehicle

    def prepare(preparers) 
        preparers.each {|preparer|
            case preparer 
            when Mechanic
                preparer.prepare_bicycles(bicycles)
            when Tripcoordinator
                preparer.buy_food(customers)
            when Driver
                preparer.gas_up(vehicle) 
                preparer.fi1l_water_tank(vehicle) 
            end
        }
    end
end

「 kind_of？」和「 is_a？」
「kind_of?」和「 is_a？」(兩者其實是相同的)，訊息也可以對類別進行檢查，相關的用法可以再翻閱文件。

if preparer. kind_of? (Mechanic) 
    preparer.prepare_bicycles(bicycle)
elsif preparer.kind_of?(Tripcoordinator) 
    preparer.buy_food(customers)
elsif preparer.kind_of?(Driver) 
    preparer.gas_up(vehicle) 
    preparer.fi1l_water_tank(vehicle)
end

「responds_to？」
對於鴨子類別尚未理解，用以取代「 kind_of？」和「 is_a？」，相關的用法可以再翻閱文件。

if preparer. responds_to？ (Mechanic) 
    preparer.prepare_bicycles(bicycle)
elsif preparer.responds_to？(Tripcoordinator) 
    preparer.buy_food(customers)
elsif preparer.responds_to？(Driver) 
    preparer.gas_up(vehicle) 
    preparer.fi1l_water_tank(vehicle)
end

儘管上述做法稍微減少了依賴關係的數量，但仍有許多依賴關係存在。

信任鴨子類型

鴨子類型是指那些不依賴於特定類別的物件，但能夠實作相同的公共介面。建立彼此之間互相信任的物件，專注於物件之間的公共介面，而不是具體的類別實作。物件應該只依賴於其它物件的公共介面，而非知道它們的具體類別。

記錄鴨子類型

建立鴨子類型時，必須要做好記錄並且測試它們的公共介面，最好的做法是好好撰寫測試，詳細的說明在第9章裡會有更多關於鴨子類型測試的內容。

鴨子類型之間的共用程式碼

Mechanic、Driver和Tripcoordinator它們每一個都實作了prepare_trip方法，這個方法是它們唯一的共同點。它們只共用了介面，而未共用具體的實作，在實作那些類別的時候，經常需要共用某些共同的行為。如何撰寫共用程式碼在第7章裡會詳細說明的內容。

聰明的選擇鴨子類型

儘管之前的指導原則強調不應該基於物件的具體類別來傳送訊息，但有些程式碼在實際應用中仍然使用這種方式。

舉例：

# <tt>find( :first, *args) </ttz>的便捷包装器。
# 這個方法能夠接收所有傳送給<tt>find(:first)</tt> 
# 的相同參數。
def first(*args)
  if args.any?
    if args.first.kind_of?(Integer) ||
       (loaded? && !args.first.kind_of?(Hash))
     to_a.first(*args)
    else
      apply_finder_options(args.first).first
    end 
  else
    find_first
  end 
end

程式碼依賴於較為穩定和不容易改變的Ruby核心類別（例如Integer和Hash)，在這種情況下，依賴於特定類別的實作可能是較為合理的，因為這樣的依賴相對安全。

上面這項範例的底層鴨子類型跨越了integer和Hash，因此在實作它時需要修改Ruby的基本類別。這種做法被稱為 「猴子補丁」（monkey patching)，所謂猴子補丁是一種編程技巧，用拼湊程式碼的方法修改程式邏輯，可以在程式運行時動態修改或擴充程式碼。這樣的做法需要謹慎，因為它可能會對程式碼的穩定性和可維護性產生影響。

設計的目的是降低成本(請將這個衡量標準應用到所有狀況)，如果建立鴨子類型會減少不穩定的依賴關係數量，就應該要這麼做。

今天一樣先瞭解到這，大家消化吸收一下，明天我們將針對 「型別」 去探討和延伸哦～

參考資料：