面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) PnlI {d
<n"BPXF~
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。 D #ddx
一、传统过程化设计思想 QLA.;`HIE
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: bz>X~
public class MediaPlayer cr7MvXF-
{ $vO&C6m$
private void PlayMp3() {K z,_bo
{ 7nZPh3%
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e#eVc'=cDR
} C0rf
!40>LpL[
private void PlayWav() !3ggQG!e
{ d[ N1zQW
MessageBox.Show("Play the wav file.");
H}@:Bri
} nla6QlFYn*
0D X_*f
public void Play(string audioType) .6B\fr.za
{ U)S=JT~h
switch (audioType.ToLower()) :!ya&o
{ 2Xb,
i
case ("mp3"): 6%D9;-N)
PlayMp3(); )G? qX.D
break; ^)VwxH:s
case ("wav"): >t D=t8
PlayWav(); aQkOQy
break; |@qw
} &4#Zi.]
} [,%=\%5
} .8hI
ad
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。 2hE(h
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。 Ia&R/I
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! 1I+9?fa
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。 2|1fb-AR
二、面向对象设计思想 &hCbXs=
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! azcPeAe
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: <N<Q9}`V
public class MP3 +Y\:Q<eMFg
{ ,S)r%[ru^
public void Play() L74Mz]v
{ _GOSqu!3Y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {K(mfTqm
} IG-\&
} 5pO|^Gj1
X1L@
G
public class WAV ,Z.sGv
{ Rx%S<i;9
public void Play() ^5mc$~1`
{ _n&Nw7d2
M
MessageBox.Show("Play the wav file."); ngY%T5-
}
&)eg3P)7
} (FuIOR
?RRO
Public class MediaPlayer 8~=*\
@^
{ g(7-3q8eq
switch (audioType.ToLower()) "4j~2{{F
{ @@EI=\
case ("mp3"): lame/B&nc
MP3 m = new MP3(); 'U@o!\=a
m.Play(); ${Z0@G+
break; Xtp8^4Va
case ("wav"): 1uF$$E6[
WAV w = new WAV(); 8h)XULs2
w.Play(); 2*Z2uV^
break; AeJ ;g
} voWH.[n^_
} BD g]M/{
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。 <@<rU:o=V
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) J[ds.~ $
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。 nHK(3Z4G
public class AudioMedia V\~.
{ 50UdY9E_v}
public void Play() #6sz@X fV
{ @Z)|_
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); \l+v,ELX=
} _03?XUKV
} %Bq~b$
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)。 _Hb;)9y
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: oy+|:[v:Fk
public abstract class AudioMedia
+2uSMr
{ )U^=`* 7
public abstract void Play(); m 2H4V+M+
} JJ.8V72;!Z
~zp8%lEe
public class MP3:AudioMedia "TRS(d|3
{ E&[5b4D@<
public override void Play() mh
}M|h5Im
{ jW/WG tz
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D0.
)%
} qY_qS=H^
} yzK;
1/_g36\l$
public class WAV:AudioMedia K!|eN_1A
{ j0=6B
public override void Play() {>&~kM@
{ [m~J6WB
MessageBox.Show("Play the wav file."); .6?"<zdPU
} igO>)XbsM
} b0P3S!E
"gJ?LojB <
public class MediaPlayer A2
l?F
{ |Q?h"5i"(
//根据需要完成任务的单向分派 A=|XlP$6
public void Play(AudioMedia media) 3^xUN|.F*V
{ {I#_0Q,i
media.Play(); i,Ct AbMx
} uo F.f$%"
} U>5^:%3
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)。 16NHzAQ
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。 ?HEqv$n
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: T^bAO-d#
public abstract class VideoMedia CK* *RZ
{ fv+]iK<{
public abstract void Play(); >7U/TVd&
} n.%QWhUB
>KKWhJ
public class RM:VideoMedia a[{$4JpK
{ 3i^X9[.
public override void Play() F%>$WN#2
{ bzN[*X|
MessageBox.Show("Play the rm file."); 5#Er& 6s
} @!ChPl
} c-Gp|.C
gF6> /
public class MPEG:VideoMedia .qBc;u
{ tr<~:&H4T
public override void Play() <'Q6\R}:vC
{ ]xC56se
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ]ua3I}_B6v
} hA=uoe\
} &AiAd6
]uXJjS f
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。 0B6!$) *-i
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: ZR>BK,
osV6=
public interface IMedia GT{4L]C
{ +{UY9_~\3
void Play(); "ubp`7%67
} `[ZswLE
L*z=!Dpo
public abstract class AudioMedia:IMedia 6v%yU3l
{ ^F^g(|(K
public abstract void Play(); x#{!hL
5G
} 5K vp%
'/Aq2
public abstract class VideoMedia:IMedia g_>&R58
{ y^2#;0W
public abstract void Play(); qHt/,w='Q
} T"wg/mT
mV0,T*}e
这样再更改MediaPlayer类的代码: Om3Ayk}
public class MediaPlayer InP E_
{ ^WA7X9ed
public void Play(IMedia media) !Tzo&G
{ $]7f1U_e
media.Play(); Mj0,Y#=76
} ]#0 (
} +eVYy_bL-
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 l9K`+c+t
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ZL|aB886
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 wMS%/l0p1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]n^iG7aB?
{ q4ROuE|d
IMedia media = null; @ @[xTyA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^eW<-n@^
{ BabaKSm}LP
case ("mp3"): 6w.E Sm
media = new MP3(); vCa8`m
break; 3%v)!dTa<^
//其它类型略; ==Gc%
case ("rm"): --h\tj\U
media = new RM(); Z\
hcK:
break; 3Z*r#d$nh:
//其它类型略; U`v2Yw3E
} |q`NJ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p
fc6;K:d
player.Play(media); J 8i;E4R
} reu[rZ&
Cqd\n#d/~
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <J509j
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。 4m*)("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。 '9\cIni0
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。 +p 6Ty2rz
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: x*OdMr\n8?
public interface IMediaFactory ?Y"%BS+pt
{ oR#W@OK@is
IMedia CreateMedia(); 0O3O^
0
} U[C>Aoze
gL<n?FG4b
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: 2A_1 E\
public class MP3Factory:IMediaFactory JFv70rBe
{ SxF'2ii
public IMedia CreateMedia() T//xxH]w-
{ kn3w6]
return new MP3(); s8-RXEPb
} M0
z%<_<}
} *aErwGLB8
//其它工厂略; u(vZOf]jL
r1!1u7dr
t
public class RMFactory:IMediaFactory Wf
c/?{
{ v[L+PD
U
public IMedia CreateMedia() 0CzQel)L:
{ TdFU,
return new RM(); *\ii+f-
} I`_2Q:r
} Snr(<u
//其它工厂略; l";Yw]:^
f' A$':Y
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。 KL \>-
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: yD"]:ts3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^4=#,K
{ 2 "&GH1
IMediaFactory factory = null; \,S|>CPQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) gvP-doA7W
{ N~/'EaO
//音频媒体 =3-=p&*
case ("mp3"): 3IYFvq~
factory = new MP3Factory(); ^E}?YgNp
break; h,/Aq
//视频媒体 ?:r?K|Ku
case ("rm"): =lAjQt
factory = new RMFactory(); u
X,n[u
break; L{/%
"2>
//其他类型略; gC}}8( k
} eT
b!xb
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ]>M\|,wh
player.Play(factory.CreateMedia()); E&9<JS
} nDnJ}`k
WK|5:V8E
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。 .\_):j*
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: IiE6i43
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) XFWpHe_ L
{ $;5Q
mKQ'
IMediaFactory factory = null; [!uzXVS3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |r~ u7U\
{ B:h<iU:'D
case ("mp3"): |_?e.}K
factory = new MP3Factory(); >XtfT'
break; oq7G=8gTp
//其他类型略; C1^%!)
case ("rm"): <::lfPP
factory = new RMFactory(); >/ay'EyY;>
break; L[<#>/NPy
//其他类型略; ;6/WjUDw<|
} m>=DJ{KQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); ^E^`"
media.Play(); J9lZ1,22
} ZLjAhd)
?NwrdcQ
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。 [9sEc
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。 G&S2U=KdV%
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。 L{1sYR%s\
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: t:2DB)
*2Pr1U
<appSettings> 3sr_V~cZ9
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ||hQ*X<m>
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> i q`}c
|c
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> J>(X0@eWz
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ^QNc!{`
</appSettings> =~
Uhr6Q
tp`1S+'~j
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: ??F* Z" x
private void InitMediaType() xhP~]akHN7
{
ZiUb+;JA
cbbMediaType.Items.Clear(); 9FDu{4:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) vRe{B7}p;
{ f<8Hvumw
cbbMediaType.Item.Add(key); lpG%rN!
} ~N!HxQ
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; k6C XuU
} ;VE y{%nF
`X<B+:>v-
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: >Y>R1b%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 811>dVq3/
{ Et3I(X3
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); d?7?tL2
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); t5{P'v9J
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; t@!n?j
I
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ?%5VaxWJ
factoryDllName).Unwrap(); ,D{7=mDVm
IMedia media = factory.CreateMedia(); X,Na4~JO(
media.Play(); ;M?)-dpZ
} ]FCP|Jz
u1/>)_U
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。 b,Wm]N
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: =zFROB\
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 6qT@M0)i
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!