面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ]nUR;8
*4t-e0]j@w
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。 [-\({<t3x
一、传统过程化设计思想 25d\!3#E
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: );nz4/V
public class MediaPlayer kI%peb?
{ aD2*.ln><
private void PlayMp3() tM)Iir*U#
{ QU.0Elw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); OB~C} '^$
} P/ci/y_1
GuT6K}~|D
private void PlayWav() X~lZ OVmS
{ #e/2C
MessageBox.Show("Play the wav file."); T|ZF/&XP
} :cy>c2
Q!yb16J
public void Play(string audioType) +'|{1gB
{ %tV32l=
switch (audioType.ToLower()) :G -1YA
{ \eQla8s
case ("mp3"): mzGjRl=O
PlayMp3(); U;g S[8,p
break; Sk\n;mL:
case ("wav"): 4qt+uNe!
PlayWav(); IZ*}idlkn/
break; Z`Ax pTl
} 'WQdr(
} <FUon
} D*\v0=P'?
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。 R:~(Z?
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。 thuRNYv<
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! &|b4\uj9
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。 )CLf;@1
二、面向对象设计思想 y;nvR6)
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! r|
f-_D
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: H?tUCbw
public class MP3 oV9z(!X/
{ 03EV%Vc
public void Play() +Q)ULnie e
{ x?
N.WABr;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C/G]v*MBQ
}
aG(hs J)
} f2yq8/J8.
9_ZBV{
public class WAV yHNuU)Ft
{ 7X}TB\N1
public void Play() BX[~%iE
{ edijfhn
MessageBox.Show("Play the wav file."); J!hFN]M<<
} TQf L%JT
} BC! 6O/kr
U]hF
Public class MediaPlayer hv>KX
{ ZjD)?4
switch (audioType.ToLower()) '^iUx,,ZQ
{ v^SsoX>WMH
case ("mp3"): ?^9BMQ+
MP3 m = new MP3(); R4{-Qv#8
q
m.Play(); E1 |<Pt
break; "_< 9PM1t
case ("wav"): 8[zb{PRu
WAV w = new WAV(); >;4!O%F
w.Play(); vvq/
break; p|3b/plZ
} NvJV</l6A
} 0C$8g
Y*
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。 0(y:$
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) {\G`]r-cM
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。 R,t$"bOd
public class AudioMedia 2q PhLCeZ
{ :et#0!
public void Play() =dzWmL<~8
{ $DebXxJw0l
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 4w4^yQE
} +
P7o4]:/
} 7 [d?
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)。 ~_>cM c
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: V.6)0fKZW
public abstract class AudioMedia hJ*Ihwn|
{ ObG=>WPJa
public abstract void Play(); j6S"UwJjp
}
q0&$7GH4
G:IP? z]
public class MP3:AudioMedia j 1*f]va
{ BT,b-=
;J-
public override void Play() \X|sU:g
{ yNCEz/4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Eectxyr?;N
} vXv;1T
} PFrfd_s{>\
]$A(9Pn"
public class WAV:AudioMedia ~#PLAP3-
{ kn"q:aD
public override void Play() !'G~k+
{ "Sridh?
MessageBox.Show("Play the wav file."); bT)]'(Xy
} L',mKOej
} ,Na^%A@TJ
f>polxB%N
public class MediaPlayer ;65D
{ 7
oQ[FdRn*
//根据需要完成任务的单向分派 mi,&0xDea
public void Play(AudioMedia media) 9\JQ7$B
{ SA;#aj}rV
media.Play(); Y?K{(szo ?
} d2N:^vvvR
} }TB(7bbd;
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)。 n,$z>
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@0MQ7
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: g}x(hF
public abstract class VideoMedia 2%B'3>a
{ -WJ?:?'
public abstract void Play(); F$V/K&&W
} !do?~$Og
hK|j6xf.o
public class RM:VideoMedia #%lo;W~IY
{ YA:nOvd@O
public override void Play() !bnyJA
{ r;&>iX4B
MessageBox.Show("Play the rm file."); U_B((Z(g
} Yg9joNBh
} c>:R3^\lwx
"IQ/LbOqm_
public class MPEG:VideoMedia Jh&~ToF!
{ qS|\JG
public override void Play() T>`74B:
{ QHq,/kWY
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 72W
s
K"
} O%8 EZyu
} 9(4&KZpK
R?o$Y6}5
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。 c!K]J
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: *Hz^K0:8(
f+_h !j
public interface IMedia Z?5V4F:f
{ =O).Lx2J
void Play(); "A$!,
PX6
} t. ='/`!N
**3 z;58i
public abstract class AudioMedia:IMedia 9iUr nG*
{ q
11IkDa
public abstract void Play(); )3Z ^h<"j
} Ej".axjT
W2FD+ wt
public abstract class VideoMedia:IMedia _tTN G2
{ gKYfQ+
public abstract void Play(); $5D,sEC@
} -i yyn^|
.mLK`c6
这样再更改MediaPlayer类的代码: f y:,_#
public class MediaPlayer myl+J;,]
{ +ZM)bbB
public void Play(IMedia media) Qv,"($n\
{ d?`ny#,GB
media.Play(); aE;le{|!({
} scLn=
} npJt3
Y_I
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 SN7"7jo P<
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。 /DQaGq/Ld
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。 2'EUy@0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jB{4\)
{ hd),&qoW?
IMedia media = null; u!"t!2I
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _8Kx6s%
{ NS%WeAf
case ("mp3"): {M-YHX>*;g
media = new MP3(); ?HF%(>M
break; 6KpHnSW
//其它类型略; h3LE>}6D
case ("rm"): /x_o!<M
media = new RM(); S4=~`$eP
break; )OiT{-m
//其它类型略; b2b^1{@h;v
} e/0<[s*#Q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); M`rl!Ci#
player.Play(media); 91=OF*w
} TT=b79k
3s/H2fz
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Fa'k0/_j
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 T!Hb{Cg*
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Og,$ sH}`
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。 3|.um_
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: \jOA+FU[
public interface IMediaFactory bFe+m1Q_
{ _?OW0x4
IMedia CreateMedia(); DxUKUE
} |<:vY
ZovW0Q)m
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: 4"gM<z
public class MP3Factory:IMediaFactory {} 3${
{ !O `(JSoG
public IMedia CreateMedia() ;\f gF@
{ E_vq
return new MP3(); s2Mb[#:a"
} {
^cV lC_
} q
Y#n'&
//其它工厂略; ?>I;34tL(
!%"8|)CAr
public class RMFactory:IMediaFactory T6 '`l?H`;
{ bbrXgQ`s+w
public IMedia CreateMedia() c-B
cA
{ 9 FB19
return new RM(); =EHUR'
} zuUW|r
} !o:f$6EA~C
//其它工厂略; D#3\y*-y?
rg^'S1x|
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。 -i0~]*
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: :A/d to
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5H*\t 7
{
TWA-.>c
IMediaFactory factory = null; Z'"tB/=W
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) :]\([Q+a
{ a(l29>
//音频媒体 _d5QbTe
case ("mp3"): "wNJ
factory = new MP3Factory(); 9I}-[|`u
break; ,P;Pm68V
//视频媒体 B} lvr-c#
case ("rm"): u6AA4(
factory = new RMFactory(); `$ 6rz
break; ~ _/(t'9
//其他类型略; "*In+ !K
} 7pe\M/kl
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); uScMn/%
player.Play(factory.CreateMedia()); A"L&a
l$i
} gt@m?w(
-*1J f&
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 #qK:J;Sn3
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: |y(Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f&Gt|
{ KrQ1GepJ
IMediaFactory factory = null; #1OOU
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SLa>7`<Q
{ <g$~1fa
case ("mp3"): U|jSa,}
factory = new MP3Factory(); 4 o Fel.o
break; %nf6%@s
//其他类型略; 1`=nWy='
case ("rm"): k$blEa4
factory = new RMFactory(); sB7#
~pA
break; Zy`m!]G]80
//其他类型略; h1de[q)
} 16=sij%A
IMedia media = factory.CreateMedia(); Sc;BCl{=|
media.Play(); 4K\G16'$v
} [_k1jHr48N
pH9VTM.*
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。 \NPmym_6J
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。 `sn^ysp
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。 4h|c<-`>t
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: k>;`FFQU>
HiZ*+T.B
<appSettings> R!}H;[c
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 6^]+[q}3
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !|^|,"A)
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> T&6l$1J
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> <M+|rD]oc
</appSettings> |-:()yxs
GS$ifv
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: CsGx@\jN
private void InitMediaType() v[1aWv:
{ !>FYK}c7
cbbMediaType.Items.Clear(); xi~?>f
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ekWD5,G
{ O%Xf!4Z
cbbMediaType.Item.Add(key); d;boIP`M;
} s6 uG`F"
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ztcp/1jIvS
} j eoz*Dz
=$'6(aDH
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: f6hnTbJ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) I|qo+u)
{ )_HA>o_?C:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); p`olCp'
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); .*OdqLz
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; wr$("A(
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ?:Uv[|S#>
factoryDllName).Unwrap(); {$0mwAOH "
IMedia media = factory.CreateMedia(); DX#Nf""Pw
media.Play(); mE+*)gb:Rd
} C0T;![/4A
(KjoSN(
K
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。 igCZ|Ru\
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: 9+Np4i@
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Cio
1E-4
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!