C# 介面實作進階：顯式實作隱藏成員與 ReadOnlyDictionary 設計模式

問題情境：介面契約過寬

介面定義一組契約，但某些實作類別不需（或不應）公開所有成員。例如 ICollection<T> 包含 Add、Remove、Clear，若要實作「唯讀集合」，這些修改方法會破壞語意。

解決方案：顯式介面實作

C# 允許顯式實作介面成員：void ICollection<T>.Add(T item) { ... }。特性：

• 成員不出現在類別公開介面，無法透過類別實例直接呼叫。
• 僅當實例轉型為介面型別時可見：((ICollection<T>)obj).Add(item)。
• 配合擲回 NotSupportedException 達成「語意上隱藏 + 執行期防護」雙重保障。

範例：自訂 ReadOnlyCollection<T>

public class ReadOnlyCollection<T> : ICollection<T> {
    private readonly ICollection<T> _inner;

    public ReadOnlyCollection(ICollection<T> inner) {
        _inner = inner ?? throw new ArgumentNullException(nameof(inner));
    }

    // 唯讀安全成員：直接委派
    public int Count => _inner.Count;
    public bool IsReadOnly => true;
    public bool Contains(T item) => _inner.Contains(item);
    public void CopyTo(T[] array, int index) => _inner.CopyTo(array, index);
    public IEnumerator<T> GetEnumerator() => _inner.GetEnumerator();
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();

    // 修改成員：顯式實作 + 擲回異常
    void ICollection<T>.Add(T item) => throw new NotSupportedException("集合為唯讀。");
    void ICollection<T>.Clear() => throw new NotSupportedException("集合為唯讀。");
    bool ICollection<T>.Remove(T item) => throw new NotSupportedException("集合為唯讀。");
}

.NET 內建實作：System.Collections.ObjectModel.ReadOnlyCollection<T>

.NET Framework 2.0+ 已提供標準實作，位於 System.Collections.ObjectModel，原理相同：包裝 IList<T>，顯式實作 ICollection<T> 修改方法並擲回異常。建議生產代碼直接使用內建類別。

延伸：實作 ReadOnlyDictionary<TKey, TValue>

.NET 早期版本缺少唯讀字典，可仿照上述模式自行實作：

public class ReadOnlyDictionary<TKey, TValue> : IDictionary<TKey, TValue> {
    private readonly IDictionary<TKey, TValue> _inner;

    public ReadOnlyDictionary(IDictionary<TKey, TValue> inner) {
        _inner = inner ?? throw new ArgumentNullException(nameof(inner));
    }

    // 唯讀成員委派
    public TValue this[TKey key] => _inner[key];
    public ICollection<TKey> Keys => _inner.Keys;
    public ICollection<TValue> Values => _inner.Values;
    public int Count => _inner.Count;
    public bool IsReadOnly => true;
    public bool ContainsKey(TKey key) => _inner.ContainsKey(key);
    public bool TryGetValue(TKey key, out TValue value) => _inner.TryGetValue(key, out value);
    public IEnumerator<KeyValuePair<TKey, TValue>> GetEnumerator() => _inner.GetEnumerator();
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();

    // 修改成員：顯式實作 + 異常
    void ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>.Add(KeyValuePair<TKey, TValue> item) => Throw();
    void ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>.Clear() => Throw();
    bool ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>.Remove(KeyValuePair<TKey, TValue> item) => Throw();
    void IDictionary<TKey, TValue>.Add(TKey key, TValue value) => Throw();
    bool IDictionary<TKey, TValue>.Remove(TKey key) => Throw();

    private void Throw() => throw new NotSupportedException("字典為唯讀。");
}

設計原則總結

1. 介面隔離原則 (ISP)：若介面過大，考慮拆分為 IReadOnlyCollection<T>、ICollection<T> 等細粒度介面（.NET 4.5+ 已內建）。
2. 顯式實作：僅用於「必須實作介面但不想暴露於類別公共 API」的情境。
3. 防禦性程式設計：即使隱藏，仍應在顯式實作中擲回 NotSupportedException，防止惡意轉型呼叫。
4. 優先使用標準庫：ReadOnlyCollection<T>、IReadOnlyDictionary<TKey, TValue>（.NET 4.5+）、ImmutableArray/ImmutableDictionary（System.Collections.Immutable）等現代替代方案更完善。