面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Xwn3+tSIa
[:Be[pLC
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。 yPSVwe|g
一、传统过程化设计思想 66/Z\H^d
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: E^7C
_JP
public class MediaPlayer aPprMQ5
{ tJff+n>
private void PlayMp3() 'P+f|d[
{ zT$0xj8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ojX%RU
} NPS.6qY
yb69Q#V2
private void PlayWav() k69kv9v@J
{ ~D*b3K8X
MessageBox.Show("Play the wav file."); /j11,O?72
} I"B8_
f(!E!\&n^
public void Play(string audioType) &j3`
)N
{ GaHA%
switch (audioType.ToLower()) K*[9j 0
{ BlL|s=dlQV
case ("mp3"): w2k<)3 g~
PlayMp3(); YbzM6u2
break; IeZ&7u
case ("wav"): RV}GK
L>gn
PlayWav(); Gv;;!sZ
break; tzPC/?
} ~eHRlXL'
} \N? 7WQ
} Yhe+u\vGs\
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `N$!s7M
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。 z*RSMfRW
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! AfN&n= d K
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。 :VJV 5f{
二、面向对象设计思想 Z{} n8b*
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! `v~!H\q
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: TiQ^}5~M
public class MP3 i =-8@
{ -]/7hN*v
public void Play() te)n{K",
{ '[Xl>Z[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); A?DB#-z.r
} Nl
{7
} <~N%W#z/
c8<xFvYG
public class WAV G)8ChnJa!m
{ pr$~8e=c
public void Play() )%qtE34`
{ Xk?R mU6
MessageBox.Show("Play the wav file."); f|#8qiUS
} )yrAov\z*
} H'Ln
P>@n#
MQJ%He"
Public class MediaPlayer 5KJ%]B(H2
{ (8G$(MK
switch (audioType.ToLower()) k1#5nYN.
{ ab@=cL~^
case ("mp3"): iV!@bC,
MP3 m = new MP3(); L<=) @7
m.Play(); tFiR!f)
break; (i]Z|@|)
case ("wav"): E M Q4yK
WAV w = new WAV(); j=9ze op
%
w.Play(); &{ ZSE^
break; iDw.i"b
} 3$_*N(e
} qp&4 1
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。 3cixQzb}u
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Bc<n2 C0
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。 4H-j
.|e
public class AudioMedia 6G}c1nWU
{ :6D0j
public void Play() |` "?
{ Za%LAyT_s
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 63M=,0-Qt
} \[ M_\&GC
} 5g>wV
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)。 _mk5^u/u
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: ,r`UBQ}?
public abstract class AudioMedia `WnQ
{ 'zxoRc-b@N
public abstract void Play(); iSiDSeW8
} [l*;E
f,
X#ZgS!Mn
public class MP3:AudioMedia L/i(KF{
{ 6 P*O&1hv
public override void Play() r~>,$[|n})
{ +EkW>$
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N4wA#\-
} B+"g2Y
} !h: Q
cp%ii'
public class WAV:AudioMedia $Q/Ya@o
{ CT*,<l-D
public override void Play() H~o <AmE0!
{ :E'P7A
MessageBox.Show("Play the wav file."); Fm3t'^SqF
} /;oqf4MF
} @cv{rr
1mH\k5xu
public class MediaPlayer %e_"CS
{ Eju~}:Lo
//根据需要完成任务的单向分派 Fn+?u
public void Play(AudioMedia media) Ns=AjhLc z
{ Yc;ec9~
media.Play(); e:-8k_0|
} *e/K:k
} `.v(fC
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 o#D.9K(
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ]'h; {;ug
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ,Z~;U
public abstract class VideoMedia Jpj!rXTX*
{ !')y&7a~
public abstract void Play(); L
CSeOR
} *#&*`iJ(
1-VT}J(
public class RM:VideoMedia KnzsHli,~k
{ >M;u*Go`QO
public override void Play() ^p=L\SJ
{ uf' 4'
MessageBox.Show("Play the rm file."); [j9E pi(
} .}`hCt08
} A3{0q>CC
jbte
*Ae
public class MPEG:VideoMedia =?
:@
{ B0Xl+JIR#
public override void Play() PQ U]l"A
{ %2l7Hmp4H
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); c&'JmKV>&
} ZafboqsDL
} (@sp/:`6
w4:\N U
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 - u3e5gW
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: -1r2 K
eon!CE0
public interface IMedia "Ty/k8?
{ #kmh:P
void Play(); C"w
{\
&R
} o>lmst%<
#AViM_u
public abstract class AudioMedia:IMedia }5 9U}@xC
{ xN"Z1n7t
public abstract void Play(); g:#dl\k
} rOfK~g,X
slW3qRT\k
public abstract class VideoMedia:IMedia }_OM$nzj
{ s(2GFc
public abstract void Play(); !|G(Yg7C
} 8cxai8
;%!m<S|%k
这样再更改MediaPlayer类的代码: UlovXb
public class MediaPlayer ]!{y
a8
{ Ff4*IOZ}(
public void Play(IMedia media) qr(`&hB-L
{ " Ar*QJ0]
media.Play(); wz
/GB8P
} I!: z,t<
} Ob<W/-%5tH
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 H{G{H=K_
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。 +: Ge_-
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。 <:;^'x>!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KLQ!b,=q
{ 4FMF|U
IMedia media = null; A.%CAGU5w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) h
y-cG%f
{ n&XGBwgW
case ("mp3"): =hH.zrI6e
media = new MP3(); SW?p?<
break; \E4B&!m
//其它类型略; u\e\'\
case ("rm"): Y:QD
media = new RM(); +5p{5 q(o
break; 3.R#&Zxt
//其它类型略; UVuDQ
} %@J1]E;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); m6n!rRQ^U
player.Play(media); `iG,H[t+j
} }ZOFYu0f
Bx~[F
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (k"_># %
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。 {U11^w1"3
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。 )M<vAUF
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。 x8#ODuH
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: l:(Rb-Wy
public interface IMediaFactory /X8<C=}
{ $.mQ7XDA9
IMedia CreateMedia(); zsl,,gk9Y
} x%>
e)L<
||B;o-
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: WOytxE
public class MP3Factory:IMediaFactory $ChK]v
6C
{ M^madx6`
public IMedia CreateMedia() ./-JbW
{ 0lk;F
return new MP3(); C'mL&
} <eN R8(P
} N+W&NlZ
//其它工厂略; }E^S]hdvz
xyHejE}
public class RMFactory:IMediaFactory gQWd&)'muf
{ L#h:*U{@40
public IMedia CreateMedia() /uqu32;o
{ T6#"8qz<
return new RM(); q!,zq
} LxN*)[ Wb
} UH`h OJ?
//其它工厂略; V,7%1TZ:
3ha|0[r9
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 }odV_WT
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: VrP}#3I
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M~
h8Crz
{ =d;Vk
IMediaFactory factory = null; %,*$D}H
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @]CF&: P A
{ P1zK2sL_
//音频媒体 vFmJ;J
case ("mp3"): nY?
factory = new MP3Factory(); x<(b|2qf
break; %kI}
[6J_
//视频媒体 e,1u
case ("rm"): dG'SZ&<
factory = new RMFactory(); EmVuwphv
break; AD5)
.}[F
//其他类型略; 0&Gl@4oZ"
} >R^@Ww;|q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Eh8Pwt7C@
player.Play(factory.CreateMedia()); "AueLl)
} yf1CXldi
+54aO
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。 D}mL7d1
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!Kq?#Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~fN%WZ;_
{ eBW=^B"y+
IMediaFactory factory = null; ?^!,vh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Qu*1g(el!o
{ _cqy`p@"
case ("mp3"): Q%ad q-B
factory = new MP3Factory(); 8Cf|*C+_'
break; ^J=hrYGA
//其他类型略; ]TpU"JD
case ("rm"): 0NE{8O0;Fr
factory = new RMFactory(); ks(SjEF
break; g$37;d3Tx
//其他类型略; P~$<X
} &k>aP0k"
IMedia media = factory.CreateMedia(); &V=7D# L
media.Play(); X~U >LLr
} (RL>Hn;.
!AHAS
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。 t1]6(@mj5
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。 C*~aSl7
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。 GlYly5F
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: Gm8E<iTP
T|4snU2M
<appSettings> `^F: -
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> }7/e8 O2
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Mhpdaos
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 0%C^8%(x
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 59 2;W-y
</appSettings> F4I6P
W:s@L#-
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: ? 5|/
C
private void InitMediaType() %e%7oqR?
{ 19u =W(
cbbMediaType.Items.Clear(); mf$j03tu
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) m2bDHQ+
{ 4SVW/Zl.?
cbbMediaType.Item.Add(key); d"<F!?8
} p]|LV)R n
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #a~"K|'G
} )c<6Sfp^B
C3 ;[e0.1b
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: MgJ5B(c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @'jfKW
{ W4(?HTWZ
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); e1(h</M U2
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); a|qsQ'1,;
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; )iE"Tl
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, T_hV%
factoryDllName).Unwrap(); R{}qK r
IMedia media = factory.CreateMedia(); Wr%7~y*K
media.Play(); =Viy^ieN$
} V'wi ^gq
U6j/BJT"
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。 ExhL[1E
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: ?l6jG
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 <0j{ $.
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!