面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )RCqsFjK
WlLZtgq
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。 lSbM)gL
一、传统过程化设计思想 zQ|x>3
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: U/&qV"Ih
public class MediaPlayer Boj{+rE0
{ owY_cDzrH
private void PlayMp3() cSs/XJZ
{ 0!'M#'m
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7/OOq=z
} o(SJuZC/U
Z-p^3t'{
private void PlayWav() &$z1Hz +l
{ Pymh^i
MessageBox.Show("Play the wav file."); k#r7&Y
} Y)5uK:)^
rnBeL _8 C
public void Play(string audioType) 3^-)gK
{ /G{3p&9
switch (audioType.ToLower()) {)[g
{ Umwg
iw
case ("mp3"): vls> 6h
PlayMp3(); [c!vsh]^
break; 2u;fT{(
case ("wav"): YIk6:W{
PlayWav(); jeBj
break; @k #y-/~?
} CY).I`aJ
} r`g;k&"a
} gGdYh.K&e5
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 Z!i'Tbfn
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 `M<G8ob
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Mc3h
R0
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 .p0n\$r
二、面向对象设计思想 d\Z4?@T<5
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! lRK?%~
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: Z6AU%3]
public class MP3 L8K 3&[l%
{ 3Co>3d_
public void Play() i R5soIR
{ jW$f(qAbm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); hgr ,v"
} z'K7J'(R
} G}xBYc0b
N)y;owgo
public class WAV xs`gN
{ %7wzGtM]ps
public void Play() 2}Plr{s9
{ AX Jj"hN
MessageBox.Show("Play the wav file."); vCo}-b-j
} W" ,jZ"7
} >Ez}r(QQ^
128 rly
Public class MediaPlayer m/B9)JzY
{ GeTCN
switch (audioType.ToLower()) +hhbp'%
{ e14Q\
case ("mp3"): I}0-
MP3 m = new MP3(); I,?LZ_pK
m.Play(); ][qA@3^Tw
break; Ip\g^ia
case ("wav"): |-Klh
WAV w = new WAV(); l>P~M50D?{
w.Play(); =|zLr"
break; 9JeGjkG,
} 2qR@:^
} d}CMX$1
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 (X'K)*G#
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) cJ{P,K
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。
xx#Ef@bS
public class AudioMedia 9.}3RAB(cv
{ 1L9
<1
public void Play() EHJc*WFPU-
{ ^w}Ib']X
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); o"CqVRR
} a'fb0fz
} SygsZv&LZ
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 n{* [Y
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: g@i
4H[k
public abstract class AudioMedia 1:V/['|*g)
{ Y(mwJud|
public abstract void Play(); UM^hF%
} t~#+--(
`b$I)UUm
public class MP3:AudioMedia ViONG]F
{ ;yoq/
public override void Play() r2`?Ta
{ |EU08b]P29
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wC@U/?
} 9uo\&,,
} 7En~~J3
N.J:Qn`(
public class WAV:AudioMedia EE{%hGb
{ sAj$U^Gp
public override void Play() z$,hdZ]
{ (VRnv
MessageBox.Show("Play the wav file."); F<1'M#bl
} Ho9*y3]
} 7P(:!ce4-
1O{67Pf
public class MediaPlayer R|yTUGY
{ HM
x9M$
//根据需要完成任务的单向分派 _J`M>W)8
public void Play(AudioMedia media) '7%9Sqx
{ Jx,s.Z0@7,
media.Play(); S!bvU2d
} p[IgnO
} e=C,`&sz
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)。 ]vG)lY.=
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。 ^B]t4N2i
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:V6B/M&
public abstract class VideoMedia ;0WlvKF
{ <CdO& xUY
public abstract void Play(); z}|'&O*.F
} }:Akpm
WV5R$IqY
public class RM:VideoMedia HKf3eC
{ ? -tw *2+
public override void Play() {K}+$jzGVt
{ #]a0 51Y
MessageBox.Show("Play the rm file."); X13bi}O6#
} ]z$<6+G
} +d.Bf
EyiM`)!5
public class MPEG:VideoMedia 34:=A0z
{ e
hGC
N=
public override void Play() QX/`s3N
{ Ei!z? sxzx
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); qyC"}y-
} [ ff.R
} jKs8i$q
o!N@W
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。 *0tNun 5=3
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: r>OE[C69
9)`wd&!
public interface IMedia :\XD.n-n
{ 6y5~Kh6
void Play(); nfU}ECun4
} O\z%6:'M
_7VU ,
public abstract class AudioMedia:IMedia 2I5@zm
ea
{ $1F9TfA
public abstract void Play(); MiI7s;
} UHwrssX&3
$$w 1%#F=
public abstract class VideoMedia:IMedia NjLd-v"2
{ t `oP;
public abstract void Play(); ]y/:#^M+
} x3
<Lx^;
G#>nOB
这样再更改MediaPlayer类的代码: ME"/%59r
public class MediaPlayer -u(#V#}OV?
{ KA7nncg;,
public void Play(IMedia media) yCVBG
{ : nn'>
media.Play(); hvwr!(|W
} )XWL'':bF
} :8FH{sqR
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 z%z$'m
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 j
jQ=
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 v}U;@3W8U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B("kE`
{ ]H*=Z:riu
IMedia media = null; )ALcmC?!#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?UzHQr
{ O@VmV>m
case ("mp3"): Ki2_Nh>tM
media = new MP3(); F$v
G=3
break; |b'AWI81D
//其它类型略; +VDB\n
case ("rm"): 8dNJZoV
media = new RM(); TOs|f8ay
break; `CB TZG09
//其它类型略; }T@AoIR0t
} *^]ba>
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #=2~MXa@z7
player.Play(media); 78kk"9h'
} X|:O`b$G
$0
)K [K
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 @,hvXl-G *
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 `O F\f
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 .#SWfAb2h
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 +|N"i~f>j
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: V3S`8VI
public interface IMediaFactory tBt\&{=|D
{ Gvw el!6
IMedia CreateMedia(); BC3I{Y|
} d*(1t\
O-RiDYej
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ]dH;+3}
public class MP3Factory:IMediaFactory 3UEh%Ho
{
eL*Edl|#
public IMedia CreateMedia() KR63W:Z\'
{ fjf\/%
return new MP3(); wiZK-#\x
} 3i<*,@CY
} 6N^FJCs
//其它工厂略; &e{&<ZVR
{|50&]m
public class RMFactory:IMediaFactory MC3{LVNK
{ qQQ~[JL
public IMedia CreateMedia() i=+ "[ h^
{ tO# y4<
return new RM(); #Uo
9BM
} e |!i1e!
} 8Vp"}(Q
//其它工厂略; b=sc2)3?
.Q7z<Q
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 oVs&r?\Z
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: `R\0g\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) eG<32$I
{ i4l?q#X
IMediaFactory factory = null; 3j6$!89'
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z;LntQZp-
{ /h;X1Htx}
//音频媒体 ?6|EAKJ`lK
case ("mp3"): SI\zW[IL
factory = new MP3Factory(); K=;p^dE
break; 3OTSLF/
//视频媒体 |&7l*j(\
case ("rm"): Q%6*S!~
factory = new RMFactory(); %NKf@If)
break; N:0mjHG
//其他类型略; 7yKadM~)
} (RQ kwu/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :Q89j4,
player.Play(factory.CreateMedia()); v6FYlKU@8
} <X:7$v6T|
nI-\HAX
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。 V`G]4}
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: D(y=0),
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [/I4Pe1Yj%
{ 6HyQm?c>a
IMediaFactory factory = null; N=(rl#<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6g)21Mh#
{ |<OZa;c+
case ("mp3"): >n#Pq{7aF
factory = new MP3Factory(); .Sm7na
K
break; i=Y#kL~f
//其他类型略; /.vB /{2
case ("rm"): N[Fz6,ZG _
factory = new RMFactory(); 8[eH8m#~$
break; cu|{cy-
//其他类型略; jGId)f!)
} yPW?%7 h
IMedia media = factory.CreateMedia(); I~Ziq10
media.Play(); 4Vh#Ye:`
} i-$]Tg
60*=Bs%b
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。 l%U{Unwu
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。 ) "'J]6
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。 }oU0J
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: hC,EO&
i0hF9M
<appSettings> a
*>$6H;
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 'z@(,5
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ?EdF&^[3rD
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> JPRl/P$
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> x5s Yo\
</appSettings> P)4SrqW_
b:oB $E
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: R'He(x
private void InitMediaType() GC.
{ -B'<*Y
cbbMediaType.Items.Clear(); sdrALl;w|
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) &W*9'vSm.
{ +n7bbuxj(X
cbbMediaType.Item.Add(key); X180_Kt2
} ^2=11
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; .z+[3Oj_E
} @#;2P'KL
t
?rUbN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *1|&uE&_R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ngE5$}UM
{ n1X 7T0'
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 2+50ezsId
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); !A qSG-
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; R]H/Jv\'
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~m'PAC"Q$
factoryDllName).Unwrap(); dL!PpLR$2
IMedia media = factory.CreateMedia(); u.43b8!
media.Play(); C0J/FFBQ ^
} e2~&I`ct
N2WQrTA:S+
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。 "6o}g.
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: <;G.(CK@n
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [5yLg
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!