面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 4DhGp
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有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 *v1M^grKd
一、传统过程化设计思想 2aQR#lcv
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: B|%(0j8
public class MediaPlayer ,(d\! T/]'
{ :
utY4
private void PlayMp3() Jg3OMUt
{ FT.6^)-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }DH3_M!
} Y+il>.Z
u6hDjN
private void PlayWav() a!UQ]prT
{ )8`7i{F
MessageBox.Show("Play the wav file."); y|r+<
} q18IqY*Lo
W?y7mw_S
public void Play(string audioType) wOW#A}m'vj
{ ZL!,s#
switch (audioType.ToLower()) Ze `=n
{ >R9Q|
case ("mp3"): +tsF.Is!t
PlayMp3(); 5u/d r9n
break; R]{zGFnx
case ("wav"): \o-9~C\c*
PlayWav(); <(YE_<F*
break; sb8%!>C
} -Jqm0)2
} WiDl[l"{9
} ckn0I
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 m|K"I3W$
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 -Ky<P<@ezm
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! |. w'Z7(s
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 _+c' z
二、面向对象设计思想 Be~__pd
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! nV/8u_
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: yT[CC>]l
public class MP3 Ew`(x30E
{ r~mZ?dI
public void Play() ;<=Z\NX
{ @bPR"j5D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /j7e
q
} 4:umD*d 3E
} hw2'.}B"(
6I)[6R
public class WAV 0tA~Y26
{ b2L9%8h
public void Play() 0L->e(Vf7u
{ 8 $5
y]%!
MessageBox.Show("Play the wav file."); }~W:3A{7;
} w&c6iFMd0
} i}&&rr
P{T\zT
Public class MediaPlayer eBlWwUy*6f
{ gMXs&`7P
switch (audioType.ToLower()) ]~a;tF>Fw
{ &%@e6..Ex
case ("mp3"): '3%J hG)#
MP3 m = new MP3(); 1omjP`]|,
m.Play(); m1pge4*
break; )FLDCer
case ("wav"): PjwDth
A1
WAV w = new WAV(); g`7C1&U*T
w.Play(); 9Hu;CKs
break; .[8!
E_
} /,C;fT<R
} {oXU)9vj
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 3(2WO^zX {
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) H1bHQB
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 fnXYp
!
public class AudioMedia <x!q!;
{ PpXzWWU":
public void Play() GGM|B}U p
{ [zC1LTXe
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); CdEQiu
} EF>vu+YK
} `i!BXOOV{
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Oy}^|MFfA
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: X| !VjUH
public abstract class AudioMedia ?g{--'L
{ A&?8 rc
public abstract void Play(); K20,aWBq;3
} rt rPRR\:"
Sb4^*
$uz
public class MP3:AudioMedia N F$k~r
{ QJ
i5 H
public override void Play() (6}[y\a+
{ h 8%(,$*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &9+]{jXF
} "*U0xnI
} hqXp>.W
&nV/XLpG
public class WAV:AudioMedia lQS(\}N
{ |?cL>]t
public override void Play() =l)D$l
{ 3# g"Z7/
MessageBox.Show("Play the wav file."); @:dn\{Zsea
} !1b}M/Wx
} Ir\P[A
DX2_}|$!
public class MediaPlayer SD/=e3
{ cp:U@Nh(
//根据需要完成任务的单向分派 40e(p/Qka
public void Play(AudioMedia media) bmOK8
{ f};RtRo2
media.Play(); _2-fH
} Z bW!c1s{
} bcR";cE
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 FNN7[ku!
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 YujR}=B!/
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: o&t*[#
public abstract class VideoMedia ~|lEi1|
{ @3w6!Sgh
public abstract void Play(); -Qy@-s $
} ]x1;uE?1J
U#iGR5&^3
public class RM:VideoMedia &ir|2"HV
{ +`J~c|(
public override void Play() P5JE = &M
{ bJ"}-s+Dx
MessageBox.Show("Play the rm file."); I!?)}d
} q90
~)n?
} G$^u2wz.
*g*~+B
:
public class MPEG:VideoMedia \y(ZeNs
{ FUP0X2P
public override void Play() *@VS^JB
{ S.zY0
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); @tX8M[.eA
} DL*&e|:q
} 3v91 yMx
.rwa=IW
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 >vR7l&"
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 34
'[O
0{OafL8&l
public interface IMedia %p(X*mVX
{ oO3X>y{gN
void Play(); .iV-Y *3<
} Al3*? H&
SIZ&0V
public abstract class AudioMedia:IMedia HdR TdV
{ h]]B@~
public abstract void Play(); N!//m?}
} )Z*nm<=
N;HG@B!m
public abstract class VideoMedia:IMedia zcy`8&{A<?
{ y]okOEV0
public abstract void Play(); S l`F`
} F-XL
Kr'Yz!
这样再更改MediaPlayer类的代码: }*P?KV (
public class MediaPlayer tZ.hSDH
{ =E$B0^_2RC
public void Play(IMedia media) 3s0I<cL
{ v@d]*TG
media.Play(); YO9ofT
} ;d.gVR_V
} V2SHF
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Q-?6o
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 :'4",
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 >qU5 (M_&L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }0C v J4
{ hRNnj
IMedia media = null; =3Ohy,5L
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -uNM_|MO
{ O9*l6^Scw
case ("mp3"): sE])EwZ
media = new MP3(); =p[a Cb
i
break; ".{'h
//其它类型略; oO^=%Mc(
case ("rm"): (j-_iOQ]i+
media = new RM(); '-BD.^!!
break; ,YBe|3
//其它类型略; 2@!B;6*8q
} r+usMF<'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #0:rBKm,
player.Play(media); /?1^&a
} [a!)w@I:
U/A
[al
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 n= q7*<l
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 d/[kky}
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 :rU,7`sE/
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 HF<h-gX
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: z~th{4#E;
public interface IMediaFactory e!ql8wbp
{ A[`2Mnj
IMedia CreateMedia(); !-m 'diE
}
(F&o!W
*mz-g7
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: PDS?>Jg(
public class MP3Factory:IMediaFactory cEIs9;
{ c5Hyja=
public IMedia CreateMedia() TSH'OW !b
{ K@vU_x0Sl
return new MP3(); UZ1Au;(|
} -'
=?Hs.
} _`.Q7
//其它工厂略; 3i#'osq
2;x+#D8
public class RMFactory:IMediaFactory tC5>K9Ed
{ (W.G&VSn)
public IMedia CreateMedia() yUN>mD-
{ *#1J
return new RM(); s`|KT&r
} G1Vn[[%k
} p~v0pi
//其它工厂略; MvTp%d.
x@@bC=iY$
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 6 $K@s
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 3:>hHQi
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) qJJ},4}
{ vwzElZ{C:v
IMediaFactory factory = null; >IipWTVo<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lHFk~Qp[
{ kz G W/
//音频媒体 uQ%3?bx)T
case ("mp3"): \x|8
factory = new MP3Factory(); d(K}v\3!
break; p||mR
//视频媒体 xX@9wNYD
case ("rm"): fVJWW):
factory = new RMFactory(); 6(>,qt,9S
break; {$V2L4
//其他类型略; R+El/ya:6
} [{:
l?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); *;F:6p4_
player.Play(factory.CreateMedia()); kJ?AAPC
} <O.|pJus
5z:#Bl-,L
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 %a]Imsm
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: >qPP_^]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (mioKO )?v
{ /iL*)
IMediaFactory factory = null; TiR00#b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) . I."q
{ OlgM7Vrl
case ("mp3"): vnS8N
factory = new MP3Factory(); 6ld /E
break; j.[W] EfL~
//其他类型略; <*9(m
case ("rm"): xUTTRJ(\
factory = new RMFactory(); 5}b)W>3@`
break; PsZ>L
//其他类型略; _M^^0kf
}
$Tal.
IMedia media = factory.CreateMedia(); \uO^wJ}
media.Play(); [
P,gEYk
} y#= j{
FV{XPr%
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Y ` Z,52
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 8T[<&<^-
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Cu_-QE
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: n(i/jW~0w
yb>R(y
<appSettings> ]<K"`q2
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ~[f`oC
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> F3tIJz>3
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Qkw?QV-`k
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> k9;t3-P
</appSettings> j<R&?*
>WLHw!I!6
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: U\!9dhx
private void InitMediaType() 8A}<-?>
{ DS_0p|2
cbbMediaType.Items.Clear(); S~R[*Gk_uT
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 7-0j8$`
{ ;%k C?Vzi
cbbMediaType.Item.Add(key); z`p9vlS[
} $R+rB;=a!
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; <AK9HPxP
} .Hk.'>YR
i5|)|x3
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: :i|]iXEI"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y(#6nG@S
{ }
7ND]y48
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); c^&4m[?C[u
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 4dm0:,
G
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~,Yd.?.TI
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, fWb+08}C
factoryDllName).Unwrap(); ^Pah\p4bj
IMedia media = factory.CreateMedia(); 2 .\"Q
media.Play(); Y/?z8g'p
} \#IKirf?
3`)ej`
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 G&t|aY-
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: X\>/'fC$
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 qz.l
而客户端程序呢?根本不需要做任何改变,甚至不用重新编译,程序就能自如地运行!