面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) eV@4VxaZ
d<e+__2
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。 {Q}!NkF1
一、传统过程化设计思想 9[6G8;<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: r _{)?B
public class MediaPlayer j=`y
@~
{ qiF@7i
private void PlayMp3() V.O<|tl.
{ "it`X
B.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); UwvGr h
} 3'|Uqf8
]?v?Qfh2
private void PlayWav() k^L#,:\&V
{ GLbc/qs
MessageBox.Show("Play the wav file."); l"2^S6vU
} EOMuqP)
O7Y
P_<,#
public void Play(string audioType) PT
0Qzg
{ F5:2TEA
switch (audioType.ToLower()) z(8)1#(n7
{ ;$E~ZT4p
case ("mp3"): \SoYx5lf
PlayMp3(); KqT#zj
break; W)G2Cs?p
case ("wav"): }Rf}NWU)|
PlayWav(); ,I9][_
break; }3
fLV
} FU [8:o62
} xg*\j)_}
} lo IL{2
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。 v
Ie=wf~D`
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。 __oY:d(~
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! IG2 `9rR
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。 ?0 KiR?
二、面向对象设计思想 E7d~#
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! 48*Oh2BA
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: Gd]5xl
HRU
public class MP3 ^+.+IcH
{ Huc3|~9
public void Play() _RA{SO
{ j3sz*:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >x|A7iWn{,
} r_!{!i3B
} LLXg
Zpn*XG
public class WAV Y&1!Z*OL;
{ |IyM"UH
public void Play() rw40<SS"Z
{ v%69]a-T
MessageBox.Show("Play the wav file."); e{qp!N1!
} +j)-L \
} 2fHIk57jP
!9ceCnwbNN
Public class MediaPlayer IL8'{<lM
{ i"2J5LLv
switch (audioType.ToLower()) @M1yBN
{ &Cx yP_
case ("mp3"): 2Q`PUXj
MP3 m = new MP3(); 14@q $}sf
m.Play(); DRKc&F6Qy
break; =Ov;'MC
case ("wav"): o}r!qL0c
WAV w = new WAV(); ~x+:44*
w.Play(); eE#81]'6a
break; !DY2{Wb
} gnKU\>2k
} rS,*s'G
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。 (F4d Fh
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) [7SI<xkv
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。 ?-(w][MT\
public class AudioMedia $h|I7`
{ 9:}RlL+cOk
public void Play() 4:%El+,_Y
{ i"r.>X'Z
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); O;&yA<
} RpaA)R,
} $@ T6g
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)。 )+Y\NO?O
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: 6a 2w-}Fs
public abstract class AudioMedia SoM
]2^
{ SzgY2+Qq
public abstract void Play(); rH}Dt@
} 3LmBV\["
@4
public class MP3:AudioMedia E``!-W
{ 8+g|>{Vov
public override void Play() };VGH/}&s
{ Js^r]=\F'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~3* ZG
} x9{Sl[2&
} HPd+Bd
r,Y/4(.c7U
public class WAV:AudioMedia +^]PBMM1w
{ U(Hq4D
public override void Play() }~Kyw7?
{ wzLiVe-
MessageBox.Show("Play the wav file."); 4<eJ
} zYgK$u^H
} 4o)\DB?!
?G%, k
LJJ
public class MediaPlayer E%J7jA4
{ {ZBb.$}RC
//根据需要完成任务的单向分派 yW6[Fpw
public void Play(AudioMedia media) a s<q
{ Lu#@~
media.Play(); /KJx n6
} MR l*rK
} /S=;DxZ,r
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)。 2}xFv2X
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。 ,{mf+ 3&$,
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: MCWG*~f
public abstract class VideoMedia RZ,<D I
{ i5~ /+~
public abstract void Play(); &oK/]lub
} R^Eu}?<f
+D{*L0$D"
public class RM:VideoMedia xzGsfd
{ 48"Y-TV
public override void Play() !\D]\|Bo
{ [0,q7d?"
MessageBox.Show("Play the rm file."); t2-zJJf8
} Lh9>8@ jf
} IG3K Pmu
qNQ3(1xW
public class MPEG:VideoMedia iHG:W wM &
{ 2zr WR%B
public override void Play() nLN6@
{ qwq+?fj={
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); smLDm
} }RP 9%n^
} 5\*wX.wp
/o06h 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。 tU~H@'
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: <0,ah4C
'y@ 2,9v
public interface IMedia m*Lv,yw %a
{ !+26a*P
void Play(); [XU{)l
} u>i+R"hi"
H|Fqc=qp
public abstract class AudioMedia:IMedia [@l
v]+@
{ "j@IRuH
public abstract void Play(); HEfA c
} {HJ`%xN|
3b[[2x_UU
public abstract class VideoMedia:IMedia {pJ@I=q
{ <n2{+eO
public abstract void Play(); I9j+x])
} fM[fS?W
kKk |@
这样再更改MediaPlayer类的代码: &u`rE""
public class MediaPlayer nR |LV'(
{ 'hHX"\|RA
public void Play(IMedia media) 2Q_{2(nQb
{ ws(}K+y_
media.Play(); +nyN+X34B
} y8WXp_\
} &8YI)G%
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ; dHOH\,:
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。 iKEKk\j-w
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。 L"vG:Mq@D
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^)P5(fJ
{ I8oKa$RF
IMedia media = null; AiHDoV+-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LGgx.Z
{ 1X_!%Z
case ("mp3"): \w\47/k{
media = new MP3(); Va[dZeoy
break; <Phr`/
//其它类型略; {^O/MMB\\%
case ("rm"): cM'[;u
media = new RM(); }PD(kk6fX
break; w0%ex#lkm
//其它类型略; ]~x/8%e76
} hE`%1j2(
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); %|6Q7'@p
player.Play(media); yD
id`ym
} i$<v*$.o
U,3K6AZA 7
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nsw8[pk
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 i2R]lE8
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 UU~;B
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 K~~*M?.Z
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: cw-JGqLx
public interface IMediaFactory `0vy+T5
{ KdQ|$t
IMedia CreateMedia(); FbNQ
} 6!PX!
UkF
bIl0rx[`
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: ]]QCJf@p
public class MP3Factory:IMediaFactory {_N(S]Z
{ 4)Wzj4qW
public IMedia CreateMedia() - OGy-"
{ #UnO~IE.m$
return new MP3(); zSufU2
} +A3\Hj&W
} .8xacVyK2
//其它工厂略; #Lt+6sa]2@
-hV KPIb
public class RMFactory:IMediaFactory [?o vJ
{ {'bkU9+
public IMedia CreateMedia() TZ_'nB~
{ *1]k&#s
return new RM(); _[Wrd?Z
} 6D]G*gwk[
} /faP]J)
//其它工厂略; :v ~q
~l(tl[
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。 B9Tztg
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: \B+SzW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `fh_8%m]*
{ gM[
J'DMW
IMediaFactory factory = null; g5N<B+?!i
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (w
{ 5Kxk9{\8
//音频媒体 KvOI)"0(
case ("mp3"): f;dU72]q+
factory = new MP3Factory(); H LGy"P
break; P[K
T
//视频媒体 tce8*:rNH
case ("rm"): mK/P4]9g
factory = new RMFactory(); &jd<rs5}
break; nM}`H'0
//其他类型略; $6%;mep
} 9rc
n*sm
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j@\/]oL^We
player.Play(factory.CreateMedia()); k$- q;VI
} Eu~wbU"%
rZ4<*Zegv
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。 T1[ZrY'0
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: "<R
2oo)^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |VF"Cjw?
{ X,CFY
IMediaFactory factory = null; LMj'?SuH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) nECf2>Yp v
{ N2Hb19/k
case ("mp3"): \`# 0,pLr
factory = new MP3Factory(); HBGA
lZ
break; Upen/1 bA
//其他类型略; S*@0%|Q4r
case ("rm"): U MIZ:*j
factory = new RMFactory(); T<GD !j(
break; 7OHw/-j\
//其他类型略; nOzTHg8
} |H@p^.;
IMedia media = factory.CreateMedia(); 84cH|j`w
media.Play(); 4u7>NQUDu
} nL~
b
m(]IxI
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。 \,t<{p_Q
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。 xGk4KcxKs
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。 H43D=N&
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: ,6pH *b$
N'.+ezZ;h
<appSettings> 'mR+W{r
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> wajhFBJ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 1"PE@!]
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> )C6 7qY[P
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 9F!&y-
</appSettings> ~[6|VpGc:
!qv;F?2
<g
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: k] YGD
private void InitMediaType() W}3vY]
{ feHAZ.8rp+
cbbMediaType.Items.Clear(); )uWNN"
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 3f8Z?[Bb@
{ d69VgLg
cbbMediaType.Item.Add(key); L@GD$F=<0
} KK|Jach
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; l))IO`s=_
} !7?wd^C'f
!-~(*tn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: [GM<Wt0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^q2zqC
{ ywte\}
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ZeV)/g,w
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); v21?
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~Wv?p4
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, yK3z3"1M?
factoryDllName).Unwrap(); EV$n>.
IMedia media = factory.CreateMedia(); "KwKO8f
media.Play(); GrC")Z|3u
} 7C^ nk
z
OSk9Eb4ld
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 (2k;M^s
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: gp2)35
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {*Pp^r
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!