面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) j6: jN-z
&Yklf?EZ>Q
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。 1VR|z
一、传统过程化设计思想 DuMzK%
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: T\wfYuc&X
public class MediaPlayer KbSE=3
{ +Zg@X.z
private void PlayMp3() z@21Z`,
{ L+X:M/)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); qN"Q3mU^h*
} "OO)m](w
t+ vz=`
private void PlayWav() A`:a
T{j
{ (U B?UJc
MessageBox.Show("Play the wav file."); }|OwUdE!R9
} S0'
ACt`
FPE%h=sw
public void Play(string audioType) Q3I^(Ll"L
{ :Dj0W8V
switch (audioType.ToLower()) S?[@/35)
{ KjNA PfL
case ("mp3"): @Cml^v@`L
PlayMp3(); L"tzUYxg
break; %#<MCiaK
case ("wav"): |Zk2]eUO+
PlayWav(); y}U}AUt
break; ~JS BZ@
} h5Ee*De
} 6Qk[TL)t
} l86gs6>
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。 6E-AfY'<
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。 RuGG3"|
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! fgoLN\
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。 ictV7)
二、面向对象设计思想 WS ^,@>A
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! f.Y [2b
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: yu>o7ie+;Y
public class MP3 !$hi:3{U,
{ NZ"nG<;5
public void Play() r])V6 ^U
{ 82M`sk3.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X`fb\}~R(
} ka_(8
} ^D76_'{
WDi2m"
public class WAV _CMNmmp`e
{ 7Fx0#cS"\
public void Play() Yi j^hs@eV
{ hXh nJ
MessageBox.Show("Play the wav file."); L|L;<
} Sh2BU3
} akFT 0@9
YsMM$rjP+
Public class MediaPlayer s o1hC
{ *XOLuPL>6)
switch (audioType.ToLower()) X;1yQ|su
{ 8'"=y}]H~
case ("mp3"): tZG l^mA"g
MP3 m = new MP3(); N%F4ug@i
m.Play(); P1R5}i
break; 2){O&8 A
case ("wav"): ob;O,&e0>
WAV w = new WAV(); \U3v5|Q
w.Play(); ?<` ;lu/eL
break; ~F^tLi!5
} %Gl1Qi+Po_
} PIAE6,*
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。 ed2r<H$
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) k1.%ZZMM
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。 c'>_JlG~
public class AudioMedia x"n++j
{ #W&o]FAA3y
public void Play()
O7CW#F
{ JOz4O
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); s"XwO8yhM
} Eq%f`Qg+1E
} ^
L]e]<h(
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)。 84!Hd.H
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: d%UzQ*s
public abstract class AudioMedia Bf.iRh0Q5
{ Z5p
[*LMO
public abstract void Play(); h*R w^5,c
} {a__/I>)
!TivQB
public class MP3:AudioMedia Sn0kJIb
}
{ qW`?,N)r
public override void Play() fwvwmZW
{ !1=*"H%t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _RIlGs\.
} bZ_TW9mq
} pztfm'
9GRQ^E
public class WAV:AudioMedia eyuyaSE
{ ):_@i
public override void Play() =P%&]5ts
{
Q6RTH
MessageBox.Show("Play the wav file."); `U=Jbdc l3
} $H)QUFyC
} Vm[F~2+HX
*NG\3%}%|@
public class MediaPlayer b50mMWtG
{ 2e-`V5{)b
//根据需要完成任务的单向分派 x0b=r!Duu
public void Play(AudioMedia media) v$D U
q+
{ x5CMP%}d
media.Play(); ?%[~J
} 2n$Wey[
} peF)U
!`D
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)。 1yZA_x15:
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。 *`rfD*
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: uIbAlE
public abstract class VideoMedia ZSs@9ej
{ $C sE[+k1
public abstract void Play(); 5|=J\Lp2I
} 9|lLce$
#%2 d;V
public class RM:VideoMedia yx|{:Li!
{ qDG2rFu&[
public override void Play() W7Y@]QMX
{ ggL/7I(
MessageBox.Show("Play the rm file."); /y$ Fw9R;
} b*.aaOb
} 6UqAs<c9
4g"%?xN
public class MPEG:VideoMedia x(cv}#}S8
{ ,~=]3qmbR
public override void Play() - om9 Z0e
{ .>eR X%
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); NhCucSU<K
} P1Z"}Qw
} /OWwC%tM/
BvsSrse
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。 oOaFA+0x
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: |?#JCG
aopZ-^
public interface IMedia
oX8EY l
{ mEbI\!}H0
void Play(); eb}P/
} *!ng)3#
Ku%tM7 ad
public abstract class AudioMedia:IMedia Ny^f'tsA
{ _
,s^
public abstract void Play(); FGx)?
} p<=Lh47 =
uE41"?GS
public abstract class VideoMedia:IMedia In^mE(8YO
{ >7PQOQMW'
public abstract void Play(); MzX&|wimb
} NJQ)Ttt
Sz@z
0'
这样再更改MediaPlayer类的代码: T{k_3[{0o
public class MediaPlayer Gk{ 'U
{ !9WGZfK+0Y
public void Play(IMedia media) gK QJ^a\!
{ >]pZ;e$
media.Play(); |67Jw2
} mLqqo2u
} zQ|2D*W
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 [9${4=Kq
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 J?w_DQa
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 XZ~kXE;B(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .Pponmy
{ Ba@~:
IMedia media = null; %*}rLn"?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) D9[19,2r`
{ )b #5rQ
case ("mp3"): o 2Nu@^+
media = new MP3(); [M[<'+^*
break; 3"7Q[9Oj
//其它类型略; ?!P0UTe~
case ("rm"): !i) !|9e
media = new RM(); hHN[K
break; m2\\!C]f
//其它类型略; 'RV96lX<
} Ku l<Q<
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3e&+[j
player.Play(media); <rj'xv
} 7DJEx~"!2-
<Z:FY|'s
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 B=TUZ)
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 oI{.{]
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 XnZ$%?$
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。 x<gmDy*
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: yws'}{8
public interface IMediaFactory Kf:!tRE
{ Tse#{
IMedia CreateMedia(); GIM/ T4!)
} UHZ&7jfl
5_aj]"x
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: k_,7#:+
public class MP3Factory:IMediaFactory QQS*r}>
{ YWK0.F,8a
public IMedia CreateMedia() `/PBZnj
{ ;[}OZt
return new MP3(); f%,S::%Ea
} \Nt
5TG_
} K9#kdo1 2
//其它工厂略; ?Ts]zO%%Z
Gk*u^J(
public class RMFactory:IMediaFactory IQPu%n{0v
{ R^.PKT2E
public IMedia CreateMedia() &))d],tJX
{ YCD|lL#
return new RM(); /P*XB%y
} t2o{=!$WH
} ksv]
//其它工厂略; o~~;I
.jCGtR )%
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。 -`PziGl@<
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: 'Gn>~m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T]De{nH u
{ SA +d4P_T
IMediaFactory factory = null; 1?Y>Xz
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) )XDBK*!
{ m[}k]PB>
//音频媒体 Ic2?1<I ZA
case ("mp3"): rE+B}O
factory = new MP3Factory(); S[zvR9AW&
break; $H@SXx
//视频媒体 CM_hN>%w[
case ("rm"): 4=^_VDlpd
factory = new RMFactory(); ]o<]A[<
break; Kz"3ba}KH
//其他类型略; idYB.]Y(
} ?:\/-y)Sp
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,ErfTg&^
player.Play(factory.CreateMedia()); zWEPwOlI1P
} .G[/4h :.
G?$@6
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。 Ab@G^SLX
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: NfvPE ]S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !q2zuxq!R
{ =x8[%+
IMediaFactory factory = null; 61S;M8tNv
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c*)T4n[e
{ %
"(&a'B
case ("mp3"): g{Hgs
factory = new MP3Factory(); /TpTR-\I0
break; s(=wG|
//其他类型略; $X#y9<bW
case ("rm"): <N vw*yA
factory = new RMFactory(); 1p}H,\o
break; oVvA`}
//其他类型略;
Z_q+Ac{p
} .^wpfS
IMedia media = factory.CreateMedia(); f!x9%
media.Play(); 7l53&,s
} Z~J]I|R:
s * (a
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 6$R9Y.s>Z
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。 =-2~>B
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。 S~Gse+*
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: FH=2,"A
eN=jWUoCh
<appSettings> J~2SGXH)^?
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 9hA`I tS
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> hp~q!Q1=
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> cU6*y!}9
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> B]X8KzLu
</appSettings> "#~>q(4^
%+~\I\)1
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: "
@D
private void InitMediaType() %zcA|SefP
{ e(t}$Q=
cbbMediaType.Items.Clear(); [|Qzx w9
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) izl6L
{ 4CM'I~
cbbMediaType.Item.Add(key); RCWmdR#}V
} )pHtsd. eP
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 1{a%V$S[
} DG;7+2U
C8-7XQ=B:b
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: <w9~T TS
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cXb*d|-|N
{ N9w"Lb
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); w)EYj+L
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); +u$l]~St\
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; fu5L)P^T
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 7X>IS#W]
factoryDllName).Unwrap(); q_b!+Y
IMedia media = factory.CreateMedia(); <