面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &vMb_;~B
!;v|' I
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。 yjX9oxhtL
一、传统过程化设计思想 (_]~wi-,
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: Hyl%mJ
public class MediaPlayer `UyG_;
{ '3tCH)s
private void PlayMp3() Xza(k
{ /& {A!.;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1<@W6@]
} *I.f1lz%*
ORw,)l
private void PlayWav() `cUl7 'j
{ '3fu
MessageBox.Show("Play the wav file."); s?}e^/"v
} :J@gmY:C
xwq
(N_
public void Play(string audioType) >uB#&Q
{ ]y'>=a|T
switch (audioType.ToLower()) ^A/k)x6
{ g3/W=~r
case ("mp3"): 83\pZ1>)_
PlayMp3(); 3z?> j]
break; B%b4v
case ("wav"): D2eckLT
PlayWav(); D?_Zl;bQ'^
break; }@+0/W?\.
} &%DY \*
} x~~|.C,
} 8qTys8
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。 dn+KH+v
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。 _7L-<
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! ?Ep [M:,q
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。 *Kgks 4
二、面向对象设计思想 "?xHlYj@+
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! }2.`N%[
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: ]neex|3lG
public class MP3 Qn.om=KDs@
{ PiIpnoM
public void Play() 2r?G6D|
{ K7:)nv
E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -;m0R
} q,|j]+9q
} l<LI7Z]A
AJ`h9%B
public class WAV BM
.~ 5\
{ 'Aq{UGN
public void Play() 06Sceq
{ .j0$J\:i
MessageBox.Show("Play the wav file."); NP3y+s
} [EXs
} [D4SW#
*C*U5~Zq7:
Public class MediaPlayer %_W)~Pv{+
{ ]MitOkX
switch (audioType.ToLower()) kfY}S
{ DU/]
case ("mp3"): )_S(UVI5
MP3 m = new MP3(); Hk.TM2{w
m.Play(); ;))+>%SGCt
break; c9u`!'g`i
case ("wav"): >W+%8e
WAV w = new WAV(); !ons]^km
w.Play(); MaQqs=
break; :>f )g
} }@q`%uzi
} FbFPJ !fb
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 37.S\gO]
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) K;H&n1
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 +.FEq*V
public class AudioMedia E]n&=\
{ H3=qe I
public void Play() s)D;a-F
{ !``,gExH
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); u^I|T.w<r6
} j-}O0~Jz
} <^jQo<kU
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 '4Bm;&6M
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: EUX\^c]n
public abstract class AudioMedia O;jrCB
{ (vJNHY M
public abstract void Play(); /%1ON9o>
} @:vwb\azVD
`kXs;T6&
public class MP3:AudioMedia y/7\?qfTk
{ \?k'4rH
public override void Play() %XQ(fj>
{ -zeG1gr3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Jk
n>S#SZ
} Moza".fiN
} J<h$
wM
`l[c_%Bm
public class WAV:AudioMedia D'DfJwA
{ mNTzUoZF'@
public override void Play() ;'@9[N9
{ ~HsJUro
MessageBox.Show("Play the wav file."); m&,(Jla
} `d`T*_
} :OT0yA=U
d^
8ZeC#
public class MediaPlayer N<VJ(20y
{ y?? XIsF
//根据需要完成任务的单向分派 \X D6 pr@
public void Play(AudioMedia media) d/kv|$XW
{ xY(*.T9K
media.Play(); zHRplm+i
} =-n}[Y}A
} JjTegQN
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ?%[@Qb=2
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 lX4
x*
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: "@0]G<H
public abstract class VideoMedia +iRh
{ f6>b|k~
public abstract void Play(); JL{VD
/f
} hhc,uJ">!
7~.9=I'A
public class RM:VideoMedia o]oum,Q
{ ]&+s6{}
public override void Play() 3;]H1
1
{ DsCcK3 k
MessageBox.Show("Play the rm file."); uz
jU2
} @`- 4G2IU}
} JP[K;/
y}ev ,j
public class MPEG:VideoMedia c4eBt))}V
{ j'"J%e]
public override void Play() JU&c.p
/
{ `Eo.v#<
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); \"OG6G_>$
} Btn]}8K
} ; )@~
_F|Ek ;y%
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。 (gWm,fI
RZ
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: VTY 5]|;
.Vvx,>>D
public interface IMedia R(G7m@@{
{
o`z]|G1''
void Play(); d|Lj~x|
} ^o&. fQ*
12 gU{VD
public abstract class AudioMedia:IMedia
S9FE
{ .Rs^YZ F
public abstract void Play(); H8}oIA"b
} X2~!(WxU F
mtcw#D
public abstract class VideoMedia:IMedia T!)(Dv8@F
{ PIS2Ed]
public abstract void Play(); -k"/X8
} FP4P|kl/9'
5D//*}b,
这样再更改MediaPlayer类的代码: *_\_'@1|J)
public class MediaPlayer lZKi'vg7
{ Q K<"2p?
public void Play(IMedia media) a~y'RyA
{ V/9!K%y
media.Play(); G
mA<
g
} ee76L&:
} DT&@^$?
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 |[b{)s?x
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ,UF_`|
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Fd9[pU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0*{%=M
{ )|#sfHv7
IMedia media = null; b,1ePS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) s&3Vg7B
{ suDQ~\n
case ("mp3"): R.yvjPwJ
media = new MP3(); \ta?b!Y),?
break; JYHl,HH#z
//其它类型略; SSMHoJGm
case ("rm"): L`TRJ.GaJ
media = new RM(); -=\c_\ O
break; NyNXP_8
//其它类型略; HY:7? <r
} tf`^v6m%]
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ds[|
player.Play(media); d5:c^`
} 9V*qQS5<p
/hyN;.hpOO
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 *VxgARIL
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 i?^L/b`H
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 =U?dbSf1*
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 j/?kL{B
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: smo~7;
public interface IMediaFactory fVpMx4&F
{ onxLyx|A
IMedia CreateMedia(); toC^LZgZ_6
} L)
T (<
Qh\60f>0
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 9InVQCf2J
public class MP3Factory:IMediaFactory 4^|3TntO
{ svH !1b
public IMedia CreateMedia() q^<?]8
{ &&>ekG9@
return new MP3(); VRB;$
} ^s"R$?;h
} 5VU2[ \
//其它工厂略; Y`a3tO=Pd
{F.[&/A
public class RMFactory:IMediaFactory ye5&)d"fa(
{ 1/J=uH
public IMedia CreateMedia() 9~[Y-cpoi
{ I9ep`X6Y
return new RM(); <h *4Q
} Qq|57X)P*
} f(MO_Sj]
//其它工厂略; @|YH|/RF
YT(AUS5n
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 BLD gt~h#
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: A6(/;+n
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) DEZveQr=
{ *(DV\. l`
IMediaFactory factory = null; vUM4S26"NT
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P+/e2Y
{ zIAD9mQex
//音频媒体 E hMNap}5"
case ("mp3"): z-)O9PV
factory = new MP3Factory(); Jdj4\ju
break; [Z$[rOF
//视频媒体 wz%NbLy-
case ("rm"): *gWwALGo5
factory = new RMFactory(); $-sHWYZ
break; @E|}Y
//其他类型略; ?gGHj-HYJ
} :"/d|i`T
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); G" "ZI$`
player.Play(factory.CreateMedia()); f%}xO+.s
} s?nR 4
(<C3Vts))
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。 U # qK.
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: pZy~1L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YUk\Q%
{ /%io+94
IMediaFactory factory = null; pYf-S?Y/V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) TuaBm1S{f
{ <wD-qT W
case ("mp3"): f) L
factory = new MP3Factory(); $f7l34Sf3
break; t"oeQ*d%
//其他类型略; }@d @3
case ("rm"): }k.Z~1y
factory = new RMFactory(); L~N460
break; h<<v^+m
//其他类型略; IW] rb/H
} aK^q_ghh[
IMedia media = factory.CreateMedia(); T]~xj4
media.Play(); ey$&;1x#5
} 6.yu-xm
z<' u1l3
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?Oc7$+u
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。 7HYwLG:\~
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。 uQKT
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: >i?oC^QM
{E|$8)58i
<appSettings> $/Uq0U
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> KF:78C
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 7WzxA=*#
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 8zW2zkv2|#
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> FGBbO\</
</appSettings> dioGAai'
O5BYD=7
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: gw<q.XL
private void InitMediaType() 5*u+q2\F
{ xr^LFn)
cbbMediaType.Items.Clear(); 5wU]!bxr
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 8P\Zo8}v
{ W ]8QM1$
cbbMediaType.Item.Add(key); j8:\%|
} J\=*#*rJ1
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +]{G@pn
} &s>Jb?_5Mx
S)"Jf?
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ,f?*{Q2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {(Es(Sb}c
{ YKK*ER0
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); XfIJ4ZM5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); B/Ws_Kv
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; @d1Q"9}B
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, qwAT>4
factoryDllName).Unwrap(); nQ3A~ ()
IMedia media = factory.CreateMedia(); Bdpy:'fJn
media.Play(); l,aay-E
} V0 a3<6@4
aw&,S"A@
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。 '8kP.l
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: ~6md !o%i
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 )NT*bLRPQ
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!