面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 3df5
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0%,?z`UY
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。 yS3or(K
一、传统过程化设计思想 zsR5"Vi=
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: }]<|`FNc
public class MediaPlayer Nus]]Iy-g
{
8-cuaa
private void PlayMp3() qv4r!x
{ a4Z e!l(
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); g1]bI$;
} $ub0$S/Hu
=EU;%f
private void PlayWav() i CB:p
{ Uv~|Xj4.
MessageBox.Show("Play the wav file."); }r;=<mc,O
} G|||.B8
8@RJ>
public void Play(string audioType) #.C2_MN>
{ ^+k= ;nl
switch (audioType.ToLower()) NW*#./WdF8
{ m'k>U4
case ("mp3"): u1d%wOY
PlayMp3(); rhly.f7N=A
break; e@/' o/
case ("wav"): #7}YSfm^6
PlayWav(); 7@m+y
break; 4X+I2CD
} <(yAat$H
} 7W5Cm\
} 5g$>J)Ry
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。 .[3C
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。 9`? M-U
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! |WfL'_?$
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。 lvNi/jk
二、面向对象设计思想 Vo%Z|
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! @ `mke4>_
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: <s$T7Zk
public class MP3 <aI}+
{ /E i e5p
public void Play() 2v#gCou
{ N.ZuSkRM
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >ffC?5+
} vF>]9sMv
} D(&WEmm\B
W"CG&.
public class WAV
o)DO[
{ '#.D`9YI<
public void Play() >J_P[v
{ V?p`rrj@
MessageBox.Show("Play the wav file."); /WLZyT2
} 0}T56aD=!
} st#^pWL
[[]NnWJ
Public class MediaPlayer vy>(?[
{ f}?pY"yvO
switch (audioType.ToLower()) o_[I#PT
{ :X7O4?ww
case ("mp3"): zn|O)"C
MP3 m = new MP3(); v`:!$U*
H=
m.Play(); %%h.`p1
break; RtDTcaW/
case ("wav"): !thFayq
WAV w = new WAV(); %0 U@k!lP
w.Play(); q>6,g>I
break; v^[!NygShs
} tlI]);iE,
} /^WawH6)6
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。 4e?c W&
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) {`Mb ),G
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。 h_g"F@
public class AudioMedia 6r[pOl:
{ ?;w\CS^Qu
public void Play() S>"C}F$X
{ \fYPz }wt
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 'l-VWqR-
} tM;+U
} jX t5.9 t
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 t6)R37
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Oj2=& uz
public abstract class AudioMedia R m2M
{ F^=y+}]=
public abstract void Play(); *$mb~k^R
} "#Q"gC.K
_~*ba+{
public class MP3:AudioMedia CdtwR0
{ CwO$EL:[`
public override void Play() E6- ~
{ i2LN`5k
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); fRzJiM{
} ;b_<5S
} _e|-O>#pl
^[2siG
public class WAV:AudioMedia +bWo{
{ H;FzWcm
public override void Play() oV~S4|9:
{ Z/;8eb*B7
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;*20b@
} %XXjQ5p
} |%(qaPA1
Ti#x62X{
public class MediaPlayer !VvM
{ ~UsE"5
//根据需要完成任务的单向分派 M%Q_;\?]
public void Play(AudioMedia media) Jd33QL}Hj
{ $^#q0Yx
media.Play(); +^4HCyW
} U8zs=tA
} P;ZVv{mT
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ]v$ 2JgF]@
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。 O%Qz6R
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: Ip;;@o&D
public abstract class VideoMedia k\lU
Q\/O5
{ "o$)z'q
public abstract void Play();
uE3xzF
} d8/KTl
[knwp$
public class RM:VideoMedia NPE7AdB8
{ N##-
vV
public override void Play() {#}?-X
{ ?
-`8w
_3
MessageBox.Show("Play the rm file."); ]j^rJ|WTH
}
@d6N[?3;
}
YC d
? ]hS^&
public class MPEG:VideoMedia XQ$9E?|=
{ jMQ7^(9-
public override void Play() kDK0L3}nr]
{ uKd79[1
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); A=pyaU`aE
} 1F94e)M)"
} xX2/uxi8
U&SgB[QHO
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 @!2vS@f
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 3"iJ/Hc}9
d/xGo[?$
public interface IMedia -3&mgd
{ T6Ks]6m_
void Play(); PW GNUNc
} 0;x<0P
gatxvR7H
public abstract class AudioMedia:IMedia 7?"-NrW~
{ yVb yw(gS
public abstract void Play(); ~X%W2N2
} 2+qU9[kd|
}} wZ
public abstract class VideoMedia:IMedia m15> ^i^W
{ #EX NS r
public abstract void Play(); k2ZMDU
} ,kw:g&A
Q(ec>+oi
这样再更改MediaPlayer类的代码: `& }C*i"
public class MediaPlayer ThJ`-Ro
{ FpFkZFtG'm
public void Play(IMedia media) "BD$-]
{ $'
>|r]
media.Play(); @rt}z+JF
} x$/:%"E
} <%EjrjdvL+
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {^*D5
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。 Xo~kB)|,
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。 m005*>IY
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X(fT[A_2C
{ so@wUxF
IMedia media = null; Cy'! >
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SbN.z
{ <;':'sW
case ("mp3"): LXx`Vk>ky
media = new MP3(); 7F
1nBd
break; #i0f}&
//其它类型略; - {|
case ("rm"): N"&qy3F
media = new RM(); _/)HAw?k
break; 'Bb@K[=s
//其它类型略; <N}*|z7=b
} F}dq~QCzw
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :MbD=sX
player.Play(media); #7yy7Y5
} @!:_r5R~N
\jGvom.
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 7<p?E7
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。 PP_fTacX
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。 1?N$I}?
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 =as\Tp#d
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: **L3T3$)
public interface IMediaFactory {_<,5)c
{ kFsq23Ne
IMedia CreateMedia(); xzjG|"a[GB
} |y~un9j+
Yvbk[Rb
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: K`% I!Br
public class MP3Factory:IMediaFactory RFzMah?Q=j
{ y.m;4((
public IMedia CreateMedia() i1JWdHt
{ I'%(f@u~
return new MP3(); 8`S6BkfC|
} 8
y+N l&"V
} Vj{}cL"MR
//其它工厂略; J 8""}7D
zgR@-OtFZ
public class RMFactory:IMediaFactory m"RE[dQ
{ !ii'hwFm$
public IMedia CreateMedia() >W[#-jA_Z
{ mbm|~UwD
return new RM(); *)H&n>"e
} )ls<"WTC.
} z`Cq,Sz/
//其它工厂略; _$Hx:^p:
A}cGag+sp
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 WJN}d-S=^
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 999E0A$dkv
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5{uK;Vxse
{ U&<Nhh
IMediaFactory factory = null; QC\][I>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (xhwl=MX)
{ F&I ;E i
//音频媒体 &QQ8ut,;
case ("mp3"): :x<'>)6
factory = new MP3Factory(); ;uazQyo6
break; Cw_XLMY%V1
//视频媒体 CN"hx-f
case ("rm"): vHz]-Q-|9
factory = new RMFactory(); w
9mi2=
break; -n `igC
//其他类型略; 1TvR-.e
} SdTJ?P+m
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 7>`VZ?
player.Play(factory.CreateMedia()); +#c3Y;JP
} ~yvOR`2Gg
%4Thb\ T
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。 Lz9t9AoB
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: WhR j@y
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) uM^eoh_
{ k'K&GF1B
IMediaFactory factory = null; Z $? Ql@M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0`
{6~p
{ 0gsRBy
case ("mp3"): =Bos>;dl
factory = new MP3Factory(); B&"c:)1
C2
break; 6B!v;93U
//其他类型略; Sv\399(
case ("rm"): -u^f;4|u
factory = new RMFactory(); 'B;n&tJ
break; FnCMr_
//其他类型略; ?>DwNz^.!
} 9dwLkr
IMedia media = factory.CreateMedia(); T-y5U},
media.Play(); 8<=]4- X@
} =\IUBH+C
$ qTv2)W1{
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。 !,O Y{='
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。 y|[YEY U)
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。 EJZb3
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: ^ G@o} Z
`]\:%+-
<appSettings> T^n0 =|
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> |_`wC
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 0w<qj T^U
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> >KMTxHE`+
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> #Yr/GNN
</appSettings> o? {rPFR
3QO*1P@q
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&s>UkR
private void InitMediaType() hp)k[|u;
{ $Hbd:1%i
{
cbbMediaType.Items.Clear(); b<?A
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) XZ!^kftyW
{ $7JWA9#N!
cbbMediaType.Item.Add(key); @8qo(7<~Q
} v^QUYsar
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; b\H !\A
} @&LtIN#
Mk$Pt
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: }iCcXZ&5^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "I`g(q#Uo
{ !K319 eE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); p{k^)5CR/
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); " .:b43Z
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; }m0hq+p^
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, S((\KL,
factoryDllName).Unwrap(); i!9|R)c
IMedia media = factory.CreateMedia(); FeAMt
media.Play(); ss>p
} <fm0B3i?
>[|Y$$
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。 C=|X]"*:u0
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: JK@"
&
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {s/u[T_D2
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!