面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) $Y,,e3R3
v@XQ)95]F
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 QTz{ZNi!
一、传统过程化设计思想 U4 m[@wF
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: JAC W#'4hV
public class MediaPlayer Xd)ba9{
{ 9x;/q7
private void PlayMp3() OV7vwj/-
{ ^W_}Gd<-#Y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); o*qEAy?
} FT[oM<M\Xd
0s$g[Fw<.
private void PlayWav() V*=cNj
{ yD#w @yG
MessageBox.Show("Play the wav file."); { )'D<:T
} d#ya"e>
0Y)b319B
public void Play(string audioType) AU^Wy|i5Q
{ $-=aqUU
switch (audioType.ToLower()) HoH3.AY X
{ )_GM&-
case ("mp3"): ]WWre},
PlayMp3(); JV36@DVQ
break; c5;YKON
case ("wav"): cuq7eMG6z
PlayWav(); i_`YZ7Hxp
break; DECX18D
} Wq<>a;m
} }ebw1G
} %b\xRt[0v7
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 M0=ZAsN
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 &I'~:nWpt
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ~<v{CBq[
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 @T;O^rE~N
二、面向对象设计思想 6|T{BOW!d
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 0WF(Ga/o
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: O<6/0ub&+h
public class MP3 Kzo{L
{ :{_Or'L
public void Play() k{c~
{ }2`S@Rq.WW
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0a8nBo7A-X
} ^b-H
} {@Diig
:]y;t/
public class WAV oxO}m7ULH
{ oq8~PTw
public void Play() 6WceDY
{ <' P|g
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1G.+)*:3
} aCGPtA'
} _9!Ru!u~
&\<RVE
Public class MediaPlayer B
susXW$
{ PO&xi9_
switch (audioType.ToLower()) +bdkqdB9
{ )Bb :tz+
case ("mp3"): k\ I$ve"*
MP3 m = new MP3(); "MoV*U2s,
m.Play(); w2+RX-6Ie
break; gvoK
case ("wav"): *9PS2*n
WAV w = new WAV(); hXz"}X n
w.Play(); m+OR W"o
break; $XyGCn
} }Lb];hww1
} B{)Du
:)
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ,Yi =s;E
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) I=(O,*+PQ
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 wTIf#y1=9
public class AudioMedia -)y"EJ(N
{ ;Jx ^
public void Play() Tw!x*
{ c}QQ8'_
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *\S>dhJ4
} /jj@ =H
} U-WrZ|-
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 {GHGFi`Z
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: yt!K|g
public abstract class AudioMedia Z#V[N9L
{ uUc[s"\
public abstract void Play(); -F8%U:2a
} +Kf::[wP7
J,7_5V@jJ
public class MP3:AudioMedia a#uJzYB0
{ 8$G$Rdn
public override void Play() i3e|j(Gs4
{ .-RW lUe;,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ]nfS vPb
} "hy#L
0\t
} "H G:by
R`1$z8$
public class WAV:AudioMedia zR{TWk]
{ "K\Rq+si
public override void Play() nF=Ig-NX^
{ xHD!8B)
MessageBox.Show("Play the wav file."); .zegG=q
} kY_UY~E
} OVj,qL)
9 z3Iwl
public class MediaPlayer o,aI<5"
{ e;!<3b
//根据需要完成任务的单向分派 NoKYHN^*w
public void Play(AudioMedia media) @kqy!5)K
{ =A!I-@]q<
media.Play(); 57[O)5u.+
} .Bi7~*N
} U{ahA
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)。 ZT^PL3j+
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。 [Xz7.<0#U
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: Mm/GIa
public abstract class VideoMedia O$&p<~
{ S:1! )7
public abstract void Play(); ,9A[o`b
} PMrvUM62
ko,
u
public class RM:VideoMedia v
WhtClJ3
{ D~mGv1t"
public override void Play() 4cV(Z-\
{ mS%D"
e
MessageBox.Show("Play the rm file."); aX~iY ~?_
} Eydk645:3
} i,)kI
F'*{Fk
h
public class MPEG:VideoMedia ^3r2Q?d\
{ z ,ledTl
public override void Play() a(J~:wgd
{ MT&i5!Z
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); YEZ"BgUnbp
} ]I}'
[D
} L3kms6ch
99ZQlX
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 RKBtwZx>f
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: sF<4uy
]"YG7|E U
public interface IMedia i\t4TdEx(
{ nKHyq\
void Play(); wiFckF/
} z!F?#L5
a{-}8f6
public abstract class AudioMedia:IMedia `Zk?.1*2/
{
c^=,@#
public abstract void Play(); Pd@?(WQ
} ^$T>3@rDB
1= <Qnmw
public abstract class VideoMedia:IMedia 9^aMmN&6N2
{ :_?>3c}L
public abstract void Play(); kj-Sd^
} +Uk/Zg
w^
s+(8KYTs`
这样再更改MediaPlayer类的代码: VTV-$Du[}
public class MediaPlayer goxgJOiB
{ U|y+k`
public void Play(IMedia media) )P,jpE8
{ )D#*Q~
media.Play(); YL{LdM-xM
} '7E?|B0],
} ^ 5UIbA(
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Qb SX'mx<
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 c5t?S@b
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 "0]i4d1l
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U9;AU]A
{ Uq[NOJC
IMedia media = null; gGZ$}vX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) GbMSO
{
zx\?cF
case ("mp3"): ikofJl]9
media = new MP3(); z}pdcQl#
break; ?5+=
//其它类型略; J[<:-$E
case ("rm"): \Mi y+<8$
media = new RM(); gN(8T_r
break; K\;b3
//其它类型略; eR;cl$
} RE*SdazY?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /gPn2e;
player.Play(media); 3
D+dM0wM
} jLZ~9FXF2
\a}%/_M\
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 N]5-#
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。 !rwv~9I
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。 //AS44^IS
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。 QRa>W/N
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: !qy/'v4
public interface IMediaFactory )WBTqML[
{ :.Np7[~{
IMedia CreateMedia(); 'KXvn0
} ,!Q2^R
CM~)\prks
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: B'&%EW]
public class MP3Factory:IMediaFactory CjykM])
{ [S*bN!t
public IMedia CreateMedia() ^S[Mg6J
{ PiM@iS
return new MP3(); r0hu?3u1?
}
4INO .
} F7L+bv
//其它工厂略; :,:r
{HQ?
public class RMFactory:IMediaFactory $7lI Dt
{ qL3*H\9N
public IMedia CreateMedia() gwT"o
{ N0/DPZX7
return new RM(); q *-q5FE
} 5H>[@_u+:
} 4WDh8U
//其它工厂略; Uln[UK
qifX7AXHr
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 4Yx?75/
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: R~;<}!Gtx
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %5a>@K]
{ <{7B ^'
IMediaFactory factory = null; |WlWZ8]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hesL$Z [
{ 91e&-acA
//音频媒体 ;aWH`^{i
case ("mp3"): =A04E
factory = new MP3Factory(); leX&py
break; {_l@ws
//视频媒体 = K}5 fe
case ("rm"): OZs^c2
W
factory = new RMFactory(); : xB<Rq
break;
x.~Z9j
//其他类型略; -+ -@Yq$
} j:\MrYt0H
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); eDgRYa9\
player.Play(factory.CreateMedia()); jL>IX`,+6
} s9@/(_
U,~\}$<I
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。 X^eTf-*T
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: K1]H~'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) tJ i#bg%
{ YrL:!\p.
IMediaFactory factory = null; C/\)-^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -]\UFR
{ pMKnA.|
case ("mp3"): >7p?^*&7;
factory = new MP3Factory(); SBgBZm}%
break; I!|_C~I` 2
//其他类型略; |Xlpgdiu
case ("rm"): k$j>_U? P
factory = new RMFactory(); B{PI&a9~s%
break; LaG./+IP
//其他类型略; pMe'fC~*
} ~q5" '
IMedia media = factory.CreateMedia(); -O:+?gG
media.Play(); P=OHiG\z
} DKx8<yEky
py6|uGN
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 =rMT1
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 nm_]2z O
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 (i^{\zv
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: xlZ"F
?4P*,c
<appSettings>
pQKR
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> #H fvY}[o
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> @7e h/|Y,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ?suNA
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> s{4|eYR
</appSettings> # y%Q{
;!v2kVuS]
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: R'`q0MoN1
private void InitMediaType() n*D-01vYP
{ XXBN
Nr_CK
cbbMediaType.Items.Clear(); )
wtVFG
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >7[.
{Y
{ 3Un
q
9
cbbMediaType.Item.Add(key); n,q+EZd
} }1VxMx@
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; cah1'Y
} f 0A0uU8y
a{v1[i\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ^I*</w8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /g BB
{ d!mtSOh
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;}"_hLX
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); [p^N].K$
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; X`JWYb4
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~za=yZo7(
factoryDllName).Unwrap(); {EE/3e@
IMedia media = factory.CreateMedia(); (n_lu=E70
media.Play(); (LbAP9Zj#f
} ^1^k<
:L*"OT7(6
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。 /Ut h#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: Ab ,n^
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :vZ8n6J[
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!