面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) lHcA j{6
7vw;Egd@@-
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。 ]{<saAmJC
一、传统过程化设计思想 To pHE
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: w"1x=+
public class MediaPlayer 7aV$YuL)X~
{ $_wo6/J5+D
private void PlayMp3() {aoMJJq
{ -U7,k\g
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); k; ;viT
} fSbS(a
'(tj[&aL
private void PlayWav() @`6}`k
{ .wP/ai>}
MessageBox.Show("Play the wav file."); e#1.T
} alVdQfu
3EI]bmi~
public void Play(string audioType) S.1(3j*
{ 7H4L-J3
switch (audioType.ToLower()) P:qz2Hw
{ g@Ld"5$^2
case ("mp3"): d @m\f
PlayMp3(); bf1)M>g,O
break; a#$N% =j
case ("wav"): qIz}$%!A
PlayWav(); mf$Sa58
break; S#mK
Pi+3
}
f\ 'T_
} C!5I?z&
} &~'S)Nun
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 [z2eCH
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 S!`:E
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! VNO'="U
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 \X5 3|Y;=
二、面向对象设计思想 VtWT{y5Ec
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! _W}(!TKO
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ^zgacn
public class MP3 TU%bOAKF\
{ "T7>)fbu
public void Play() zSKKr?{
{ sDX/zF6t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =HS4I.@c_5
} "b`7[ ;a
} Y[@0qc3UO
&atyDFJ'
public class WAV Q(e{~
]*
{ O5M2`6|As
public void Play() D#ZPq,f
{ J+|/-{g
MessageBox.Show("Play the wav file."); YQYX,b
}
%A)538F
} "W5rx8a
#3+~.,X9
Public class MediaPlayer l#$TYJi
{ NV6G.x
switch (audioType.ToLower()) _4v"")Xe
{ gHZqA_*T8U
case ("mp3"): O:IQ!mzV5
MP3 m = new MP3(); o<rsAe
m.Play(); nE$
f
break; j;+["mi
case ("wav"): ?!y"OrHg
WAV w = new WAV(); j`9Qzi1
w.Play(); U<rI!!#9
break; 5{X*a
} IJ_ m
} A?r^V2+j
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。 X$^JAZ09
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 6OtVaT=}<O
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 :BD>yOlG
public class AudioMedia /tZ0
|B(
{ -?z\5z
public void Play() ]Jn2Ra"j
{ JD*8@N
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 3ev -Iqz
} Kp&3=e;vn{
} E30Z`$cz:
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)。 iD714+N(
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: p/&HUQQk
public abstract class AudioMedia QD4:W"i
{ X}W)3v
public abstract void Play(); ^1 ;BiQ
} P,ydt
i/*,N&^
public class MP3:AudioMedia )i-gs4[(QN
{ Mq'IkSt'
public override void Play() G "brT 5:
{ >f@ G>H)+
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); y\,f6=%k
} `ET& VV
} oM-[B h]A
O aaH$B
public class WAV:AudioMedia D5L{T+}Oi%
{ i*CnoQH
public override void Play() )4m_Ap\
{ d.AC%&W
MessageBox.Show("Play the wav file."); WFDCPQ@
} 7&|6KN}c
} <u0,Fp
4K7{f+T
public class MediaPlayer cz(G]{N
{ 2Wl{Br.
//根据需要完成任务的单向分派 wE6A
7\k%
public void Play(AudioMedia media) 328L)BmW
{ V|: qow:F
media.Play(); }#/lN
} hKN6 y%
} F#|Z# Mu
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 RRzP*A%=
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 f GarUV
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: %b?uW]j:
public abstract class VideoMedia ="(>>C1-
{ MGaiTN^_<
public abstract void Play(); +zp0" ,2B
} .iT4-
&S-er{]]
public class RM:VideoMedia "dtlME{Bx
{ %/pc=i|+
public override void Play() &*gbK6JB
{ y-a|Lu*
MessageBox.Show("Play the rm file."); E1(1E?}!
} vRr9%zx
} V3uXan_
&<0ZUI |S3
public class MPEG:VideoMedia T6HU*(
{ WcEt%mGQ,
public override void Play() wOg,SMiq
{ %{'4.
,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g>n0z5&TNF
} A[JM4x
} iLtc
HpN
GFL-.?
0
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 %l|\of7P2}
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: |' ;7v)CIG
|^Kjz{
public interface IMedia 7I
>J$"
{ @i1q]0
void Play(); gtYRV*^q
} "8/dD]=f^a
!y*oF{RZ
public abstract class AudioMedia:IMedia U^ ?=
0+
{ .NnGVxc5*
public abstract void Play(); 1;&T^Gdj
} tX?J@+
e U;jP]FA
public abstract class VideoMedia:IMedia XwPx9+b6j
{ hY=I5[*
public abstract void Play(); n9]
~
} P%)b+H{$h
Le@?
/
这样再更改MediaPlayer类的代码: sfI N)jh
public class MediaPlayer .
\F7tc8?
{ '9q6aM/&
public void Play(IMedia media) [cpNiw4e
{ }0{B
media.Play(); ~gdd cTp
} k
,fTW^ ?
} i!,HB|wQ
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ],&\%jd<
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ])N%^Qe$U
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。 %wL,v.}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .
#U}q 7X
{ KyLp?!|>
IMedia media = null;
MZ~.(&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ny1 \4C
{ SdI1}&
case ("mp3"): 'C~9]Y].
media = new MP3(); j)L1H*
S%
break; X4Xf2aXI
//其它类型略; j-32S!
case ("rm"): 6?o>{e7n^
media = new RM(); @a(oB.i
break; asz?p\k:bC
//其它类型略; p;`N\.ld
} RIjM(P
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); D]u=PqHk2
player.Play(media); /aOlYqM(>
} C +@ i
H\+-cvl
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 * nCx[
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。 9L HuS
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。 eP= j.$
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。 tcOnM w
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: v}P!HczmMP
public interface IMediaFactory E}$V2ha0zu
{ Z,aGtJ.a'9
IMedia CreateMedia(); %U?)?iZdL
} oMc1:=EG
40.AM1Z0f
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: hdg<bZk:
public class MP3Factory:IMediaFactory v[L[A3`"/
{ P)1EA;
public IMedia CreateMedia() ?Ib}
{ b:Dg}
return new MP3(); (\&
62B1
} SRWg[H
} -*3(a E
//其它工厂略; \EI#az=I
"L@g3g?|`
public class RMFactory:IMediaFactory =4> @8=JA
{ bQ.nFa']
public IMedia CreateMedia() qZbHMTnT6
{ e5OVq
,
return new RM(); *"T+G*~
} {US>)I
} !*bdG(pK
//其它工厂略; j_c+.iET
`M]BhW)
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 PL@7KDQ
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: UABbcNW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q+%!<]7X
{ UkfA}b^@v
IMediaFactory factory = null; b1)\Zi
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) v,0<9!'v
{ 7d9Z/J@>
//音频媒体 (hsZ
case ("mp3"): ]]y[t|6
factory = new MP3Factory(); PbN3;c3
break; !NA`g7'
//视频媒体 6t$N78U
case ("rm"): uO"8aD`W
factory = new RMFactory(); e~
BJvZ}Q
break;
mn`5pha
//其他类型略; y5%5O xB
} G?ZC9w]rA
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mATH*[Y
player.Play(factory.CreateMedia()); 5rN7':(H!%
} Gh+f1)\FA"
r?$&Z^
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 acae=c|X
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: }.t^D|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^O \q3HA_4
{ :D4];d>1
IMediaFactory factory = null; 8]]@S"ZM,\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5Pqt_ZWy
{ O!
(85rp/
case ("mp3"): JZw^W{
factory = new MP3Factory(); Da CblX
break; [yF^IlSs
//其他类型略; :`5;nl63
case ("rm"): |0]YA
factory = new RMFactory(); dk:xnX%
break;
%mL5+d-oP
//其他类型略; ;-Ado8
} `u=oeM:
IMedia media = factory.CreateMedia(); 5"uNj<.V
media.Play(); y($EK(cb
} 3P`WPph
f}blB?e
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。 wt\m+!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。 tNB%eb{
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。 X2{`l8%Ek
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: mF~ys{"t
D}Au6
<appSettings> QH:>jmC{1h
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> cqjl5UB
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 6kR
-rA
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Rv,Mu3\~#c
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> iLQSa7
</appSettings> )*W=GY*
RUqO!s~#rY
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: !G[f[u4Zg
private void InitMediaType() *?p
^6vO
{ Cy6%S).c
cbbMediaType.Items.Clear(); Lz?*B$h
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) bw020@O*
{ Z,SY
N?@
cbbMediaType.Item.Add(key); (H2ylMpQt
} bl`D+/V
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; i)[kubM
} 6N?#b66
1y~L8!:L
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: zF?31\GOX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gY%OhYtF2
{ @o60c
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ?0uOR*y'
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ot0U-G(
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ovbEmb
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 9p4%8WhJ
factoryDllName).Unwrap(); X0!Bs-WFp
IMedia media = factory.CreateMedia(); Enu!u~1]F
media.Play(); 'H!V54
\j
} v`
$%G
W oWBs)E
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 HmW=t}!
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: <c(&T<$
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 _TrZ'iL}T
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!