面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) `bq<$e
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有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 HZE#Ab*L
一、传统过程化设计思想 ^^sE:
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: iT+8|Yia
public class MediaPlayer sI=xl
{ 'ms-*c&
private void PlayMp3() C[cbbp
{ CO/]wS
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ZvM(Q=^
} WCZjXDiwJ
]h`&&B qt
private void PlayWav() 6q\bB
{ dFxIF;C>/
MessageBox.Show("Play the wav file."); >NV@R&
} k=$TGqQY?
;?Tbnn Wn
public void Play(string audioType)
z_$% -6
{ |l^uEtG
switch (audioType.ToLower()) ,_ H:J.ik
{ Qp5VP@t
case ("mp3"): -m zIT4
PlayMp3(); N{!i=A
break; gx/,)> E.
case ("wav"): 5DU6rks%
PlayWav(); y-b%T|p9
break; 9.M4o[
} k9R4Y\8P
} ?=msH=N<l
} ! I:%0D
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 9<?M8_
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 M]
%?>G
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! nc29j_Id
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 oCv.Ln1;Z
二、面向对象设计思想 R%WCH?B<}
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 3pROf#M
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: QVT5}OzMt
public class MP3 sE<V5`Z=
{ Q$W
public void Play() fplo w
{ y14;%aQN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &|1<v<I5
} qA7>vi%
} :S83vE81WK
RLXL&
public class WAV 4Z=_,#h4.
{ {z5--TogJ
public void Play() [S%_In
{ ?3,:-"(@p
MessageBox.Show("Play the wav file."); 558V_y:
} nHAS(
} f}ji?p
d"mkL-
Public class MediaPlayer n,(sBOQ
{ A`$%SVgFV^
switch (audioType.ToLower()) t|\%VC
{ {6|G@""O
case ("mp3"): rU:`*b<
MP3 m = new MP3(); y2dCEmhY
m.Play(); Sq V},
break; _Ey9G
case ("wav"): _/$Bpr{R
WAV w = new WAV(); 6<SAa#@ey
w.Play(); xh,qNnGGi
break; CyFrb`%
} <z&/L/bl"
} "Yv_B3p
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。 ]@c+]{
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) #U4F0BdA
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'r%w#=`t
public class AudioMedia N,AQsloL7
{ nwe*BVp
public void Play() UgNu`$m+
{ [A~xy'T
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); %D34/=(X
} [wOn|)&
&
} 9';JXf$
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)。 ItVWO:x&v
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: 'RR~7h
public abstract class AudioMedia (O?.)jEW(.
{ z&)A,ryW0
public abstract void Play(); ;(/ZO%h
} W~;`WR;.
%QGC8Tz
public class MP3:AudioMedia ,j{,h_Op
{ hGe/;@%
public override void Play() &MQmu,4
{ M61xPq8y5
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $\BE&4g
} gIa+5\qYY
} HxV=F66"
YMcD|Kb p
public class WAV:AudioMedia H3^},.
{ /QWvW=F2<
public override void Play() KIf dafRL
{ w^|*m/h|@u
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?k&Vy
} ,t?B+$E
} ^z IW+:
&\WSQmtto
public class MediaPlayer 9gDkTYkj
{ 4#xDgxg\f
//根据需要完成任务的单向分派 I<mV+ex
public void Play(AudioMedia media) TH&U
j1
{ u(>^3PJ+
media.Play(); R6Km\N
} ,{u
yG:
} Ts[_u@
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)。 @ $ ;q;
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。 { ]{/t-=
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: Lv;^My
public abstract class VideoMedia 4{U T!WIi
{ W0@n/U
public abstract void Play(); E)5\i-n
} dO<ERY
v6bGjVK[
public class RM:VideoMedia XK3tgaH
{ l'-Bu(
public override void Play() *SDs;kg
{ | `2RShu
MessageBox.Show("Play the rm file."); |O\s|H
} (ylTp]~mR-
} p
Z|V
3
M#4pE_G
public class MPEG:VideoMedia &tLgG4pd
{ d9fC<Tp
public override void Play() }%ojw |
{ 0WW2i{7`U
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )Xz,j9GzJS
} OUPUixz2Z
} >=I|xY,
2>xF){`
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。 NdA[C|_8}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: s^G.]%iU
|}s*E_/[
public interface IMedia NqazpB*
{ u^+7hkk
void Play(); jjRi*^d9
} ~ ?Qe?hB
jjB~G^n
public abstract class AudioMedia:IMedia ["k,QX
{ <sGVR5NR
public abstract void Play(); )1J R#
} 8sWJcmVo
r"3=44St
public abstract class VideoMedia:IMedia FF`T\&u
{ :1.L}4"gg
public abstract void Play(); Y1W1=Uc uk
} .nf#c.DI
F3[T.sf
这样再更改MediaPlayer类的代码: .GPT!lDc
public class MediaPlayer b5dD/-Vj
{ hP%M?MKC
public void Play(IMedia media) g#pr yYz
{ T9E+\D
media.Play(); z [}v{
} (?1y4M
} ntX3Nt_n
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 6RU~"C
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。 zOAd~E
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。 )5Q~I,dP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9IdA%RM~mH
{ CAig]=2'
IMedia media = null; +6M}O[LP
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) R6<X%*&%
{ Z!a=dnwHz
case ("mp3"): 7dTkp!'X-
media = new MP3(); _2Zx?<] 2E
break; #'nr
Er <
//其它类型略; w_"E*9
case ("rm"): 13$%,q)
media = new RM(); ,B*EVN
break; gS!:+G%
//其它类型略; Fj 8z
} xC?6v'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Q",t3i4
player.Play(media); lne4-(DJ
} : %_LpZ
jh?H.;**
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 D#9m\o_
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。 > ym,{EHK
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。 !]A
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。 &)#
ihK_
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: g>E LGG|Q
public interface IMediaFactory xk9%F?)
{ 5 Aw"B
IMedia CreateMedia(); M!siK2
} .Bl\Z
M~Tuj1?
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: y1jCg%'H
public class MP3Factory:IMediaFactory "=HA Y
{ @(EAq<5{
public IMedia CreateMedia() a Yg6H2Un
{ Si4!R+4w
return new MP3(); IkL#SgY
} m+`cS=-.
} NR$3%0 nC6
//其它工厂略; <`8n^m*
Y Vt% 0
public class RMFactory:IMediaFactory rK8lBy:<
{ Fk&c=V;SU
public IMedia CreateMedia() ].avItg
{ rm'SOJVA
return new RM(); } ?$F}s-
} YH}'s>xZz
} .r=4pQ@#
//其它工厂略; c8 )DuJ#U
@W.S6;GA\
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。 h6Ub}(Ov
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: z#9aP&8 Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) i]c!~`
{ w0 M>[ 4
IMediaFactory factory = null; xJpA0_xfG
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ( ' (K9@}
{ P_^ +A
//音频媒体 +q<jAW A
case ("mp3"): RXMISt3+{y
factory = new MP3Factory(); Gq)]s'r2
break; YR\fa Vk
//视频媒体 5;Czu(iH$
case ("rm"): *g "Nq+i@
factory = new RMFactory(); 7DogM".}~Q
break; (Bb5?fw
//其他类型略; /obfw^
} oi7@s0@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @Rze|
T.
player.Play(factory.CreateMedia()); d UE,U=
} 0(}t8lc
94`7a<&ZNL
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。 ^]Y>[[
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: n:
^
d|@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) wQl
,
{ C\3rJy(VJ
IMediaFactory factory = null; Ys9[5@7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) S&5&];Ag
{ :1Xz4wkWS*
case ("mp3"): ='r!g
factory = new MP3Factory(); S/hQZHZHg,
break; F@7jx:tI
//其他类型略; W&W5lArr
case ("rm"): B N5[,J
factory = new RMFactory(); w>&aEv/f
break; Mmj;-u
//其他类型略; yNJ B
oar
} 7vKK%H_P
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6dr%;Wp
media.Play(); e`_LEv
} |-67\p]
#pow ub
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。 r EE1sy/#
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(lnlB
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。 %g$o/A$
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: ,Ks8*;#r
'?' l;#^i<
<appSettings> c9
eM/*:
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> .k%72ez
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> k/_ 59@)
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :uS\3toj
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;%9 |kU
</appSettings> 3AtGy'NTp
1z4OI6$Af
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: yjX9oxhtL
private void InitMediaType() B)g[3gQ
{ [=q1T3
cbbMediaType.Items.Clear(); x.6:<y
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Tn e4
{ *I.f1lz%*
cbbMediaType.Item.Add(key); S!CC
}3zw
} lIS-4QX1
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; :J@gmY:C
} R4cM%l_#W
c
( C%Hld
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ql{OETn#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $szqy?i0?
{ G`61~F%
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~rKrpb]ow
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); D?_Zl;bQ'^
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; - % h.t+=U
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 8qTys8
factoryDllName).Unwrap(); }<SQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); @o _}g !9=
media.Play(); "?xHlYj@+
} (m/G(wg
1~
3_^3OT
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。 Y"aJur=`
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: 4F'LBS]=0
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 WPMSm<[
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!