C# - Patrones de Diseño - Estrategia

La inyección de dependencias es una herramienta comúnmente utilizada en varios patrones de diseño orientado a objetos y consiste en inyectar comportamientos a componentes.

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En este artículo formalizaremos un poco más su definición para de paso definir e implementar un conocido patrón de diseño llamado estrategia.

Los Robots

Imaginemos que tenemos una clase llamada Robot, cada Robot puede realizar una serie de operaciones fundamentales:

  • Caminar
  • Disparar
  • Desde luego hay muchas más pero esas serán suficientes para el ejemplo.

Robot caminando Robot disparando

Iniciemos con el análisis, en primera instancia revisemos la característica Disparar.

Si tenemos un conjunto de Robots donde todos ellos pueden disparar de manera diferente podemos pensar en crear una clase base llamada Robot la cual desde luego implementa la funcionalidad Disparar como virtual o abstract de tal forma que las implementaciones concretas puedan establecer una forma particular de disparar en cada caso.

Existen inicialmente 3 implementaciones de Robot

  • RobotVigilante: Dispara como todos los Robot
  • RobotMilitar: Dispara como todos los Robot
  • RobotCasero: No dispara

Este es nuestro diagrama de clases:

Diagrama de clases

Y estas su implementación en código:

public class Robot
{
    public Robot()
    {
    }

    public virtual void Disparar()
    {
        //Bang!
    }

    public virtual void Caminar()
    {
        //Caminar
    }
}

public class RobotVigilante : Robot
{
}

public class RobotMilitar : Robot
{
}

public class RobotCasero : Robot
{
    public override void Disparar()
    {
        //Nothing
    }
}

Este esquema funciona bien pero hay varios problemas que debemos afrontar si pensamos las cosas detenidamente.

Cada vez que un Robot no dispare debemos sobrescribir el método virtual.

Pueden requerirse Robots que disparen de manera diferente, en cuyo caso también se requiere sobrescribir el método virtual, Qué pasa con caminar? efectivamente pueden aparecer Robots que no caminen o Robots que lo hagan con un pie o con cuatro pies.

Teniendo este escenario nos damos cuenta que el propósito inicial por el cual se ha utilizado la herencia se ha desvirtuado, pues no es cierto que todos los Robot hagan las actividades de la misma forma, incluso pueden haber Robots que no hagan una determinada actividad.

La herencia en este punto se nos ha convertido en un problema, ¿ya vieron cual?, puede que no.

El problema es: MANTENIMIIENTO , todos sabemos que crear un programa es solo la primera parte, la segunda parte es mantener ese programa en el tiempo, hacerle mejoras , evolucionarlo etc.
Y desde luego en el escenario de los Robots esto también es una necesidad, necesitaremos crear nuevos Robots y modificar los existentes.

Pero al haber utilizado herencia nos encontraremos que algunas cosas habrá que cambiarlas en la clase base y otras en las clases derivadas, peor aún puede haber un grupo de clases derivadas que no utilicen las funcionalidades de la clase base pero que entre ellas si comparten la misma funcionalidad, esto es : tendremos código redundante.

El problema puede llegar a ser muy grueso.

La solución clásica

Lo primero que a uno se le viene a la mente para resolver el tema de los Robot que no Disparan o que no Caminan es utilizar interfaces, lo cual suele ser una muy buena idea, sobre todo teniendo en cuenta este principio de diseño.

Programe contra una interfaz no contra implementaciones concretas.

En este sentido hay que ser claro que este principio hace referencia a interfaces desde el punto de vista del diseño de software no de ningún lenguaje en particular y en este sentido entonces una interfaz puede ser en esencia un Súper Tipo:

  • Clase Base
  • Clase Abstracta
  • Interfaz

Podemos crear dos interfaces para identificar que habilidades tiene cada Robot.

  • IDisparable
  • ICaminable

*Sorry por los nombres, mi creatividad en ese sentido es limitada.

Esto nos permitirá tener Robots que Caminen , Disparen, que no hagan nada o que solo hagan una de las dos cosas.

Nuevo diagrama de clases

Y esta es la implementación...ligeramente más compleja

public interface ICaminable
{
    void Caminar();
}

public interface IDisparable
{
    void Disparar();
}

public class Robot
{
    public Robot()
    {
    }

    public virtual void MatarAJohnConnor()
    { 
        //You could be miiine ♫♪ Yeaahh ♪♪♫
    }
}

public class RobotVigilante : Robot, ICaminable, IDisparable
{
    public void Caminar()
    {
        //Caminar Normal
    }

    public void Disparar()
    {
        //Disparar Normal
    }
}

public class RobotMilitar : Robot, ICaminable, IDisparable
{
    public void Caminar()
    {
        //Caminar Normal
    }

    public void Disparar()
    {
        //Disparar Normal
    }
}

public class RobotCasero : Robot, ICaminable
{
    public void Caminar()
    {
        //Caminar Normal
    }
}

public class RobotDetectorDeJohnConnor : Robot, IDisparable
{
    public void Disparar()
    {
        //Disparar con sevicia hasta lograr objetivo
    }
}

El tema de la complejidad... preocupante, pero más preocupante aún es el hecho que tenemos código redundante ya que aunque varios robots disparen de la misma forma, cada uno tiene su propia implementación.

Así que estamos usando uno de los principios de diseño de software pero algo anda un poco mal, vamos a solucionarlo.

Para los más experimentados el indicio de solución salta a la vista: encapsulamiento.

Pero pongámoslo en el marco del diseño de software, aquí existe otro principio fundamental:

Identificar los aspectos que cambian, y sepárarlos de los que se mantienen iguales.

Eso precisamente se hace en POO haciendo uso de encapsulamiento, cosa que los cambios en este objeto no afecten el resto del código de la implementación.

Encapsular, en este caso implica necesariamente crear un objeto nuevo por cada funcionalidad que cambia, las funcionalidades que cambian en nuestros Robot son

  • Disparar
  • Caminar

Estas funcionalidades que cambian las llamaremos en adelante comportamientos, behaviors en inglés. Es tiempo de extraer estos comportamientos en nuevos objetos.

Cada acción ( caminar, disparar), tienen una serie de comportamientos posibles aunque exhiben la misma interfaz, es decir los mismos métodos con los mismos tipos de datos, así que podemos pensar en generalizar dicha interfaz, de tal forma que podamos crear diferentes comportamientos, por ejemplo al caminar:

  • CaminarNormal
  • CaminarDeMedioLado

O al disparar

  • DispararNormal
  • DispararAmetralladora

Queda la duda de ¿Qué hacer con los que no caminan o no disparan? esta es la parte más bella

  • NoCaminar
  • NoDisparar

Este es el diagrama de clases de nuestros comportamientos, y abajo la implementación de los Robots

Diagrama de clases optimizado

Ahora veamos el código para los comportamientos

public interface IDispararBehavior
{
    void Disparar();
}

public interface ICaminarBehavior
{
    void Caminar();
}

public class CaminarNormal : ICaminarBehavior
{
    public void Caminar()
    {
        //Caminar normal
    }
}

public class CaminarDeMedioLado : ICaminarBehavior
{

    public void Caminar()
    {
        //Hacer como cangrejo
    }
}

public class NoCaminar : ICaminarBehavior
{

    public void Caminar()
    {
        //nada
    }
}

public class DispararNormal : IDispararBehavior
{

    public void Disparar()
    {
        //Disparar normal
    }
}

public class DispararAmetralladora : IDispararBehavior
{

    public void Disparar()
    {
        //Disparar tacatacatacatacataca
    }
}

public class NoDisparar : IDispararBehavior
{

    public void Disparar()
    {
        //nada
    }
}

Este es el código de implementación de los robots haciendo uso de los comportamientos creados.

public abstract class Robot 
{
    protected IDispararBehavior _disparador;
    protected ICaminarBehavior _caminador;

    public Robot()
    { }

    public void Caminar()
    {
        _caminador.Caminar();
    }

    public void Disparar()
    {
        _disparador.Disparar();
    }

    public virtual void MatarAJohnConnor()
    {
        //You could be miiine ♫♪ Yeaahh ♪♪♫
    }
}

public class RobotVigilante : Robot
{
    public RobotVigilante()
    {
        _disparador = new DispararNormal();
        _caminador = new CaminarNormal();
    }
}

public class RobotMilitar : Robot
{
    public RobotMilitar()
    {
        _disparador = new DispararAmetralladora();
        _caminador = new CaminarDeMedioLado();
    }
}

public class RobotCasero : Robot
{
    public RobotCasero()
    {
        _disparador = new NoDisparar();
        _caminador = new CaminarNormal();
    }
}

public class RobotDetectorDeJohnConnor : Robot
{
    public RobotDetectorDeJohnConnor()
    {
        _disparador = new DispararAmetralladora();
        _caminador = new NoCaminar();
    }
}

Es una solución impecable, pero aún se puede hacer más! lo bueno de tener separados los comportamientos es que nada impide que podamos cambiar dichos comportamientos en tiempo de ejecución... hell yeeaahh!

Supongamos que queremos actualizar el Robot Detector De John Connor para que ahora pueda caminar, como hacerlo? gracias a que hemos programado contra interfaces y hemos encapsulado los comportamientos que cambian, es algo muy sencillo de hacer. Modificando la clase base, exponiendo de manera pública los comportamientos:

public abstract class Robot 
{
    IDispararBehavior _disparador;
    public IDispararBehavior Disparador
    {
        get { return _disparador; }
        set { _disparador = value; }
    }

    ICaminarBehavior _caminador;
    public ICaminarBehavior Caminador
    {
        get { return _caminador; }
        set { _caminador = value; }
    }

    public Robot()
    { }

    public void Caminar()
    {
        _caminador.Caminar();
    }

    public void Disparar()
    {
        _disparador.Disparar();
    }

    public virtual void MatarAJohnConnor()
    {
        //You could be miiine ♫♪ Yeaahh ♪♪♫
    }
}

Así expuestos podemos crear un objeto de cualquier tipo y modificar eso en tiempo de ejecución!.

public static class Programa
{
    public static void Main()
    {
        var connorKiller = new RobotDetectorDeJohnConnor();
        connorKiller.MatarAJohnConnor();
        connorKiller.Caminador = new CaminarDeMedioLado();

        Console.WriteLine("YEAH");
    }
}  

Digamos que ahora se nos ocurre ponernos un poco mas agresivos:

public static class Programa
{
    public class CaminadorAPropulsion : ICaminarBehavior
    {
        public void Caminar()
        {
            //Activar propulsores y demas
        }
    }

    public static void Main()
    {
        var connorKiller = new RobotDetectorDeJohnConnor();
        connorKiller.MatarAJohnConnor();
        connorKiller.Caminador = new CaminarDeMedioLado();

        //No es muy efectivo, provemos algo mejor
        connorKiller.Caminador = new CaminadorAPropulsion();
        connorKiller.MatarAJohnConnor();

        Console.WriteLine("YEEEEEEEEEEEEAHHHHHHHH");
    }
} 

Te desafío a igualar esto con herencia ;)

YEEEEEEEEEEEEAHHHHHHHH

Jhon Connor

En este último ejemplo hemos utilizado la clase RobotDetectorDeJohnConnor pero observemos atentamente Qué pasa si en lugar de usar este Robot hacemos uso de la clase base Robot ?

Para ello solo debemos quitarle la marca abstract que fue puesta allí para nuestra propuesta de solución inicial.

El resultado: se hace exactamente igual, es decir YA NO NECESITAMOS USAR HERENCIA!!!

public static class Programa
{
    public class CaminadorAPropulsion : ICaminarBehavior
    {
        public void Caminar()
        {
            //Activar propulsores y demas
        }
    }

    public static void Main()
    {
        var connorKiller = new Robot();
        connorKiller.MatarAJohnConnor();
        connorKiller.Caminador = new CaminarDeMedioLado();

        //No es muy efectivo, provemos algo mejor
        connorKiller.Caminador = new CaminadorAPropulsion();
        connorKiller.MatarAJohnConnor();

        Console.WriteLine("YEEEEEEEEEEEEAHHHHHHHH");
    }
} 

Agradecimentos

Gracias a Fede Martino por su comentario el cual me permitio mejorar la conclusión de este artículo.
Espero sus comentarios y no duden en compartirlo ;)

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