面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ih?^t(i
GKcv<G208
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。 SM@QUAXO
一、传统过程化设计思想 41SGWAd#:
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: ? R>h `
public class MediaPlayer &IlU|4`R%
{ `Qeg
private void PlayMp3() VE8;sGaJ
{ 0@AAulRl
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `=7j$#6U
} CW<N: F.9
wb~@7,D
private void PlayWav() J:skJ.Wx
{ I[n^{8gz
MessageBox.Show("Play the wav file."); U T="2*3gz
} S]E.KLR?[;
I"KN"v^
public void Play(string audioType) +>4;Z d!@d
{ m>SErxU(z
switch (audioType.ToLower()) YM
DMH"3
{ rSrIEP,c'
case ("mp3"): j!3 Gz
PlayMp3(); Uo2GK3nT
break; ^%`wJ.c
case ("wav"): @_z4tUP
PlayWav(); ;,]P=Ey
break; zz& ?{vJ
} &~W:xg(jN
} {P*m;a`}
} ?Ae ven
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 Qf@
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 '}$Dgp6e
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! N$[{8yil^w
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 A,4fEmWM
二、面向对象设计思想 ){UcS/GI=
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! &-;5*
lg)0
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ttu&@
=
public class MP3 0'IBN}
{ 73){K?R
public void Play() x7$}8LZ"B
{ I(XOE$3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h*v8#\b$J_
} H*)NLp
} ]9@F~)
z^<"x|:
public class WAV )P+7PhE{J
{ !50[z:
public void Play() & \f{E\A#
{ $*?,#ta
MessageBox.Show("Play the wav file."); )6aAB|
} r9dyA5oD
} ow]053:i
6H7],aMg$A
Public class MediaPlayer 0L/n ?bf
{ CvD"sHVq%
switch (audioType.ToLower()) iTQD
{ B
$mX3B+a
case ("mp3"): K1T4cUo
MP3 m = new MP3(); O<V4HUW
m.Play(); ^(FdXGs[
break; v;ZA4c
case ("wav"): wH@Ns~[MA
WAV w = new WAV(); :eCU/BC4
w.Play(); y~\oTJb
break; Nal9M[]c
} jB(|";G
} 4H/fP]u
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 GI1
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) g
pOC`=
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ){b@}13cF
public class AudioMedia (UxW;
{ _FWBUZ;N
public void Play() U-3i
{
w.TuoWo>
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); =z
/dcC$r
} @!1x7%]G
} BSVxN
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)。 c3CWRi`LE
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: wY_)y
public abstract class AudioMedia _/tHD]um
{ 9c("x%nLpB
public abstract void Play(); .P"D
} c(~[$)i6
T]c%!&^_
public class MP3:AudioMedia %xyou:~0zs
{ {.INnFGP@)
public override void Play() nX`u[ks
{ @nCd
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +csi[c)3E
} EU+S^SyZi
} =aTv! 8</
1waTTT?"Ho
public class WAV:AudioMedia L}pt)w*V1j
{ W@I|Q -
public override void Play() N <Xq]!
K-
{ m+T;O/lG0{
MessageBox.Show("Play the wav file."); =7m)sxj]w
} ~o~!+`@q
} pWJFz-
V:
TM]
public class MediaPlayer L bmawi^
{ JVSA&c%3
//根据需要完成任务的单向分派 ybKWOp:O
public void Play(AudioMedia media) lE(a%'36
{ W~7A+=&
media.Play(); LF& z
} @y\XR
} i=oU;7~zK
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)。 5lUF7:A>#
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。 #6HA\dE
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: t,+nQ9
public abstract class VideoMedia )u`[6,d
{ `M^=
D&Bf
public abstract void Play(); .E8_Oz
} Su/6Q$0 t
SS WP~
t
public class RM:VideoMedia :x4|X8>
{ 9^#c|
0T
public override void Play() fy@<&U5rg
{ %2{%Obp'
MessageBox.Show("Play the rm file."); |#cm`v
} cmU1!2.1E
} 1oWED*B
HOJs[mqB%
public class MPEG:VideoMedia `3WFjU5a
{ P"8~$ P#
public override void Play() kr9*,E9cv
{ _8F`cuyW
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); q%"VYt4
} st:`y=F_
} os:A]
0vD7v
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。 S]Mw#O|
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: ]rH\`0
MS
81sN\d
public interface IMedia 8h*Icf
{ tne ST.
void Play(); L"1}V
} /)}q Xx&
PuA9X[=
public abstract class AudioMedia:IMedia K1+)4!}%U
{ TE7nJ gm
public abstract void Play(); L>aLqQ3
} YSic-6z0Ms
lJ}_G>GJ
public abstract class VideoMedia:IMedia DpvI[r//'*
{ '}Z~JYa0
public abstract void Play(); sHt].gZ
} QLvHQtzwX
J$GUB3
G
这样再更改MediaPlayer类的代码: 1VG4S){}\9
public class MediaPlayer vZaZc}AyL
{ U4C 9<h&
public void Play(IMedia media) SwTL|+u
{ kwo3`b
media.Play(); KyYM fC
} gM
u"2I5
} t!W(_8j
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 CUBEW~X}M
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 #~2%)
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 7byK{{/z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t(NI-UXBp
{ g(qJN<RC/
IMedia media = null; jHE}qE~>5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) S >X:ZYYC
{ M3c$=>
case ("mp3"): e.7EU
media = new MP3(); IEsEdw]aZE
break; M/>7pZW
//其它类型略; P2BWuhF
case ("rm"): +./H6!
media = new RM(); e,vvzso
break; 1PQ~jfGi
//其它类型略; nYR#
} K1"*.\?F
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); V3Q+s8OIF
player.Play(media); bMg(B-uF7
}
-D
!;Yg/'vD-
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 cl=EA6P\X
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。 aQ?/%\>
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。 \r^qL^
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。 Y)0*b5?1r
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: DS.RURzd{r
public interface IMediaFactory A}G7l?V&
{ dMf:h"7
IMedia CreateMedia(); CrC^1K
} I7 |Pi[e
~?4PBq
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: ZkRx1S"m
public class MP3Factory:IMediaFactory rzhWw-GY
{ J%v=yBC2
public IMedia CreateMedia() +%T\`6
{
Ch&a/S}
return new MP3(); ]'!f28Ng-
} 0%&1\rm+j
} @5=oeOg36
//其它工厂略; d6}r#\
D0&,?
public class RMFactory:IMediaFactory Z0x ar]4V
{ fi-WZ
public IMedia CreateMedia() S!jTyY7e
{ /32Fy`KV
return new RM(); X@+{5%
} QUq_:t+Dv
} h58`XH
//其它工厂略; Zd^rNHhA
s@&`f{
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。 rdl;M>0@
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: y I HXg#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AK,J 7
{ 4IB9,?p
IMediaFactory factory = null; p `8s
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0bceI
{ gn8R[5:!V
//音频媒体 8'r2D+Vwm
case ("mp3"): 1n >X[!
8x
factory = new MP3Factory(); AF;)#T<
break; rn/ /%
//视频媒体 3m]4=
case ("rm"): \8)U!9,$nn
factory = new RMFactory(); lP[w?O
break; Y}t \4 di
//其他类型略; 1tEgl\u\
} ^crCy-`#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 2#KJ asX
player.Play(factory.CreateMedia()); mq aHwID
} rHC>z7+z.
^=BTz9QM
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。 63q^ $I
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: ]e"=$2d$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9TgIB
{ 'DY`jVwa
IMediaFactory factory = null; CY
4gSe?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) R@58*c:U(
{ y6ECdVF
case ("mp3"): 7,U=Qe;
factory = new MP3Factory(); prC;L*~8
break; 0[RL>;D:
//其他类型略; 35Ij
..z0
case ("rm"): <;9I@VYK
factory = new RMFactory(); 0IwA#[m1`
break; :#LLo}LKp
//其他类型略; T%.8'9
} %824Cqdc
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6*PYFf`
media.Play(); 4^p5&5F
} JmF l|n/H
iQ tNAj
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。 o1-m1 <ft
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。 3B1XZm
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。 AYt%`Y.!
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: 3AHlSX
G! ]k#.^A,
<appSettings> K#%&0D!
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> sd ,J3
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> :=}US}H$
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> `>gd&u
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> K$&s=Hm
</appSettings> ~x A-V4.
)bS~1n_0
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: wF
IegC(
private void InitMediaType() q$ZHd
{ G 3+.H
cbbMediaType.Items.Clear(); ?zeJ#i
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ^WHE$4U`
{ o>).Cj
cbbMediaType.Item.Add(key); @E;=*9ek{u
} 4iqoR$3Fc
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; HTVuStM8
} *i\Qo
D N'3QQn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: FK:;e
lZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dU6ou'pf
{ ,p4&g)o
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 2"0es40;0
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ))R5(R
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; q+Lr"&'Q
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Z8# (kmBdB
factoryDllName).Unwrap(); `e(c^ z#
IMedia media = factory.CreateMedia(); P?8GV%0$
media.Play(); H;?{BV
} '{a/2
l
oo,uO;0G
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。 h XfQ)$J
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: s:OFVlC%\
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 PpGL/,]X
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!