Творческое использование методов расширения в C#

Привет, Хабр!

Продолжая исследование темы C#, мы перевели для вас следующую небольшую статью, касающуюся оригинального использования extension methods. Рекомендуем обратить особое внимание на последний раздел, касающийся интерфейсов, а также на профиль автора.

Уверен, что любой, хотя бы немного имевший дело с C#, знает о существовании методов расширений (extension methods). Это приятная фича, позволяющая разработчикам расширять имеющиеся типы новыми методами.

Это исключительно удобно в случаях, когда вы хотите добавить функционал к таким типам, которых не контролируете. Фактически, любому рано или поздно приходилось писать расширение для BCL, просто чтобы сделать некоторые вещи более доступными.

Но, наряду со сравнительно очевидными случаями использования, есть и очень интересные паттерны, завязанные непосредственно на использовании методов расширений и демонстрирующие, как их можно задействовать не самым традиционным образом.

Добавление методов к перечислениям

Перечисление – это просто набор константных числовых значений, каждому из которых присвоено уникальное имя. Хотя, перечисления в C# и наследуют от абстрактного класса Enum, они не трактуются как настоящие классы. В частности, это ограничение не позволяет им иметь методы.

В некоторых случаях может быть полезно запрограммировать логику в перечисление. Например, если значение перечисления может существовать в нескольких разных представлениях, и вы хотели бы легко преобразовывать одно в другое.

Например, представьте себе следующий тип в обычном приложении, позволяющем сохранять файлы в различных форматах:

public enum FileFormat {     PlainText,     OfficeWord,     Markdown }

Данное перечисление определяет список форматов, поддерживаемых в приложении, и может использоваться в разных частях приложения для инициирования логики ветвления в зависимости от конкретного значения.

Поскольку каждый формат файла может быть представлен в виде файлового расширения, было бы хорошо, если бы в каждом FileFormat содержался метод для получения этой информации. Как раз при помощи метода расширения это и можно сделать, примерно так:

public static class FileFormatExtensions {     public static string GetFileExtension(this FileFormat self)     {         if (self == FileFormat.PlainText)             return "txt";          if (self == FileFormat.OfficeWord)             return "docx";          if (self == FileFormat.Markdown)             return "md";          // Будет выброшено, если мы забудем новый формат файла,         // но забудем добавить соответствующее расширение файла         throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(self));     } }

Что, в свою очередь, позволяет нам поступить так:

var format = FileFormat.Markdown; var fileExt = format.GetFileExtension(); // "md" var fileName = $"output.{fileExt}"; // "output.md"

Рефакторинг классов моделей

Бывает, что вы не хотите добавлять метод непосредственно к классу, например, если работаете с анемичной моделью.

Анемичные модели обычно представлены набором публичных неизменяемых свойств, только для получения. Поэтому при добавлении методов к классу модели может создаться впечатление, что нарушается чистота кода, либо можно заподозрить, что методы обращаются к какому-либо приватному состоянию. Методы расширения такой проблемы не вызывают, поскольку не имеют доступа к приватным членам модели и по природе своей не являются частью модели.

Итак, рассмотрим следующий пример с двумя моделями: одна представляет закрытый список титров, а другая – отдельную строку титров:

public class ClosedCaption {     // Отображаемый текст     public string Text { get; }      // Когда он отображается относительно начала трека      public TimeSpan Offset { get; }      // Как долго текст остается на экране      public TimeSpan Duration { get; }      public ClosedCaption(string text, TimeSpan offset, TimeSpan duration)     {         Text = text;         Offset = offset;         Duration = duration;     } }  public class ClosedCaptionTrack {     // Язык, на котором написаны субтитры     public string Language { get; }      // Коллекция закрытых надписей     public IReadOnlyList<ClosedCaption> Captions { get; }      public ClosedCaptionTrack(string language, IReadOnlyList<ClosedCaption> captions)     {         Language = language;         Captions = captions;     } }

В текущем состоянии, если потребуется получить строку субтитров, отображенную в конкретный момент времени, мы запустим LINQ такого рода:

var time = TimeSpan.FromSeconds(67); // 1:07  var caption = track.Captions     .FirstOrDefault(cc => cc.Offset <= time && cc.Offset + cc.Duration >= time);

Здесь в самом деле напрашивается какой-либо вспомогательный метод, который можно было бы реализовать либо как метод члена, либо как метод расширения. Я предпочитаю второй вариант.

public static class ClosedCaptionTrackExtensions {     public static ClosedCaption GetByTime(this ClosedCaptionTrack self, TimeSpan time) =>         self.Captions.FirstOrDefault(cc => cc.Offset <= time && cc.Offset + cc.Duration >= time); }

В данном случае метод расширения позволяет добиться того же, что и обычный, но дает ряд неочевидных бонусов:

1. Понятно, что этот метод работает только с публичными членами класса и не изменяет его приватного состояния каким-нибудь таинственным образом.
2. Очевидно, что этот метод просто позволяет срезать угол и предусмотрен здесь только для удобства.
3. Этот метод относится к совершенно отдельному классу (или даже сборке), назначение которых – отделять данные от логики.

В целом, при использовании подхода с методами расширений удобно проводить линию между необходимым и полезным.

Как сделать интерфейсы разностороннее

При проектировании интерфейса всегда хочется, чтобы контракт оставался минимальным, поскольку так его будет легче реализовать. Это очень помогает, когда интерфейс предоставляет функционал в самом обобщенном виде, так что ваши коллеги (или вы сами) можете надстраивать над ним обработку более специфичных случаев.

Если вам это кажется нонсенсом, рассмотрим типичный интерфейс, сохраняющий модель в файл:

public interface IExportService {     FileInfo SaveToFile(Model model, string filePath); }

Все работает нормально, но через пару недель может подоспеть новое требование: классы, реализующие IExportService, должны не только экспортировать в файл, но и уметь писать в файл.

Таким образом, чтобы выполнить это требование, мы добавляем к контракту новый метод:

public interface IExportService {     FileInfo SaveToFile(Model model, string filePath);      byte[] SaveToMemory(Model model); }

Это изменение только что сломало все имеющиеся реализации IExportService, поскольку теперь все их нужно обновить, чтобы они поддерживали и запись в память.

Но, чтобы не делать всего этого, мы могли с самого начала спроектировать интерфейс немного иначе:

public interface IExportService {     void Save(Model model, Stream output); }

В таком виде интерфейс вынуждает прописывать место назначения в максимально обобщенном виде, то есть, это Stream. Теперь при работе мы более не ограничены файлами и можем также нацеливаться на различные другие варианты вывода.

Единственный недостаток такого подхода заключается в том, что самые базовые операции становятся не столь простыми, как мы привыкли: теперь приходится задавать конкретный экземпляр Stream, обертывать его в инструкцию using и передавать как параметр.

К счастью, этот недостаток полностью обнуляется при использовании методов расширений:

public static class ExportServiceExtensions {     public static FileInfo SaveToFile(this IExportService self, Model model, string filePath)     {         using (var output = File.Create(filePath))         {             self.Save(model, output);             return new FileInfo(filePath);         }     }      public static byte[] SaveToMemory(this IExportService self, Model model)     {         using (var output = new MemoryStream())         {             self.Save(model, output);             return output.ToArray();         }     } }

Выполнив рефакторинг исходного интерфейса, мы сделали его гораздо более разносторонним и, благодаря использованию методов расширения, ничуть не пожертвовали удобством использования.

Таким образом, я считаю методы расширения бесценным инструментом, который позволяет сохранить простое простым, а сложное превратить в возможное.