面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 6(<~1{
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#/B~G.+(
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。 sw qky5_K
一、传统过程化设计思想 |q!2i
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: QkCoW[sn
public class MediaPlayer 9tc@
{ 7AtXG^lK
private void PlayMp3() eFXi )tl
{ H:{(CY?t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K}5$;W#
} c9g \7L,Z
TNyY60E
private void PlayWav() {z[HNSyRs
{ ,f/IG.
MessageBox.Show("Play the wav file."); l~6 SR
} sei!9+bZr
zk 'e6
public void Play(string audioType) Jm J,~_
{ "w|k\1D
switch (audioType.ToLower()) Jn:GA@[I
{ MTITIecw=
case ("mp3"): Ff#N|L'9_
PlayMp3(); D16;6K'{
break; aXK%m
case ("wav"): Y'a(J 7
PlayWav(); 1'U%7#;E
break; _8b>r1$
} IO)Ft
} +$m skj0s
} `SS~=~WY
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 7E6?)bgh
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 x]J-q5
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! e/ % ;
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 kFa?q}47
二、面向对象设计思想 eg~^wi
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! VU'l~%ql
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 0!'M#'m
public class MP3 {FmFu$z+[
{ +U/ "F|M
public void Play() t{R5
E U
{ DO&+=o`"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h_&4p=SQ
} 6kt]`H`cfJ
} i1qS ns
Hva2j<h
public class WAV y$IaXr5L
{ 6R;)
public void Play() M!N`
Orz
{ j|VXC(6P,
MessageBox.Show("Play the wav file."); !uWxRpT,7
} >j50
;</
} koOy Z>
p`>AnfG
Public class MediaPlayer uu}a:qrY
{ 2?GXkPF2;A
switch (audioType.ToLower()) 2BHKS-J*
{ `[WyHO|8
case ("mp3"): "_ LkZBW.
MP3 m = new MP3(); ;"1/#CY773
m.Play(); g-."sniP$g
break; MWM
+hk1fs
case ("wav"): {bN Y
WAV w = new WAV(); H}vn$$
O
w.Play(); XjX 2[*l
break; 8)N0S% B
} cX2$kIs;
} !q!"UMiG
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ucw`;<d8
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) GF&_~48GD
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 sNL+F
public class AudioMedia &a.']!$^"
{ neF8V"-u&
public void Play() aZ$/<|y~:_
{ +|6`E3j%
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); TZe+<~4*i%
} JlUb0{8PE
} $Jc q7E~
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 N8VVGPa
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: k=e`*LB\
public abstract class AudioMedia 8+ov(B;(
{ CA/ -Gb
public abstract void Play(); IAYACmlN&
} Wj&nUp{
E${J
public class MP3:AudioMedia `g--QR
{ 0Q7MM6
public override void Play() *#zS^b n
{ 7#ofNH J
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); syRN4
} J smB^
} 19p8B&
6AAswz'$P
public class WAV:AudioMedia j1A|D
{ }-74 f
public override void Play() 6|5H=*)DH
{ E~qQai=]
MessageBox.Show("Play the wav file."); .%IslLZ
} W!91tzs:
} ?_%u)S*g
=G4u#t)
public class MediaPlayer 0\Y1}C
{ 6Cv.5Vhx
//根据需要完成任务的单向分派 2e59Ez%k6
public void Play(AudioMedia media) IXWQ)
{ ,:UX<6l
R
media.Play();
]ENK8bW
} dw9T f ^V
} *C7F2o
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 CW p#^1F
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 6]n/+[ ks
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: \J3/keL
public abstract class VideoMedia 6e.[,-eU
{ f@d9Hqr+l;
public abstract void Play(); 2"X~ju
} O m9jtWk
{[W(a<%bXm
public class RM:VideoMedia 8EI:(NE*J
{ ~KPv7WfG
public override void Play() .T8K-<R
{ (` c
G
MessageBox.Show("Play the rm file."); y'
[LNp V
} <cj{Qk
} 0` 5e
pO]8
dE0
public class MPEG:VideoMedia RB$
z]/=
{ p$XKlg&
public override void Play() ?\y%]1
{ g)1X&>
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); h/m6)m.D
} `q_<Im%I
} tTuX\;G
.<YcSG
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 pj8azFZ
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: :H87x?e[
v;A
public interface IMedia cZ(XY}
{ E0|aI4S4
void Play(); Il642#Gh
} D'&LwU,o
~DD/\V
public abstract class AudioMedia:IMedia OwEz(pj@
{ tEUmED0FY
public abstract void Play(); :8ZxO wwv
} cQR1v-Xt
6IX!9I\sT
public abstract class VideoMedia:IMedia uu:)jx i
{ |bk*Lgkzw
public abstract void Play(); 0v_8YsZ!`$
} u%pief
EI;\of2,
这样再更改MediaPlayer类的代码: }:%pOL n
public class MediaPlayer ZeeuH"A
{ )>fi={!=c
public void Play(IMedia media) No7Q,p
{ #RF=a7&F
media.Play(); ueR42J%s
} x3Ud0[(
} P5>CSWy%
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ,:`6x[ +
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。 L9T u>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。 }]I?vyQ#V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &f*d FUM]I
{ !A!\S/x4
IMedia media = null; 4i,SiFKB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zqh{=&Tjx
{ f[IchCwX
case ("mp3"): }kj6hnQ
media = new MP3(); GcnY=%L?
break; "b
0cj
//其它类型略; =@2V#X]M*
case ("rm"): uNbA>*c4M
media = new RM(); A-5+#
break;
qR qy
//其它类型略; S F>D:$a
} C t)MvZ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); CWp1)%0=
player.Play(media); >K
:"[?
} %K"%Qm=Tl
yf) `jPM1<
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ` a>vPW
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 >Mw &Tw}o
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 }&DB5M
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 bZ.N7X PH
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 6>:~?gs
public interface IMediaFactory d|]O<]CG_
{ J\3} il
N
IMedia CreateMedia(); f_ztnRw
} N-`;\
v9U(sEDq
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: JtpY][}"~3
public class MP3Factory:IMediaFactory wy{>gvqK
{ oDP((I2-
public IMedia CreateMedia() m> (h_j
{ ^,lZ58
2
return new MP3(); xn@0pL3B~
} 6 1W/BU7O
} 1G%PXrEj8
//其它工厂略; b$O_L4CP
cmhN(==
public class RMFactory:IMediaFactory kLt9;<L
{ `uh@iD'KI
public IMedia CreateMedia() k0_$M{@Y
{ _1<'"u#6w
return new RM(); 3g[j%`k
} u\R`IZ&O
} s;2/Nc
//其它工厂略; x$GsDV
l(#ke
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。 {R-82% X
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: =HY1l}\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &
8'(
{ !I5~))E
IMediaFactory factory = null; Y^2Qxo3"3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) u'i%~(:$\)
{ /J.\p/%\
//音频媒体 =6L*!JP<
case ("mp3"): b"M`@';+
factory = new MP3Factory(); #M?F^u[
break; /.)[9bQ<
//视频媒体 cZr G:\A
case ("rm"): QW~5+c9JJ
factory = new RMFactory(); n2d8;B#
break; 58&{5YpS
//其他类型略; :%#r.p"6x
} ^'&iYV
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); a1G9wC:e
player.Play(factory.CreateMedia()); Nxb\[
} DVl[t8K!
Kr/h`RM
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。 8jggc#.
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: .vN%UNu
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) C NfJ:e2
{ hB?,7-
IMediaFactory factory = null; kz0I2!bt
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eb!s'@
{ 4r1<,{gCS
case ("mp3"): G;C8Kde
factory = new MP3Factory(); v._Egk0
break; Yz=h"Zr
//其他类型略; & =73D1A
case ("rm"): 3cOY0Z#T
factory = new RMFactory(); '7Mep
]
break; [J)/Et
//其他类型略; eQU-&-wt0
} eC6>yD6D
IMedia media = factory.CreateMedia(); ;Y'8:ncDn
media.Play(); uw Kh
} C}b|2y
M+Jcgb]
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。 * Qe{CE
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。 rm nfyn
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。 w<hw>e^.
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: Qv%"iSe~J
E-\<,=bh
<appSettings> 5;5DEMe
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> +%'S>g0W=
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> pb(YA/
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> K{}U[@_tS
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 1jJ>(S
</appSettings> S`Jo^!VJ4
8X@p?43
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: H+`s#'(i_P
private void InitMediaType() Z.b}
{ Ny@CP}
cbbMediaType.Items.Clear(); Zz<k^
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) hlpi-oW`
{ +0016UgS#
cbbMediaType.Item.Add(key); El;\#la
} IcM99'P(
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; I+,~pmn:
} OS k+l
=l_B58wrx
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: .Vm!Ng )j
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .5ap9li]
{ M^c`j#NQ
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); u%J04vG"D
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); jP?YV
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 2sj[hI
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, nyyKA_#:5
factoryDllName).Unwrap(); $TON`+lB
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3zfiegY@wm
media.Play(); B&KIM{j\
} KF#qz2S
\q!TI x
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。 !q/Q2 N(
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: gm:Y@6W
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 U
CFw+
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!