面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &=[N{N?(
!*!i&0QC~R
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。 jBr3Ay@<
一、传统过程化设计思想 JWsOze8#
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: dUc?>#TU
public class MediaPlayer 3kJ7aBiR<
{ lz:+y/+1
private void PlayMp3() __Egr@
{ gg?O0W{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); LZ4Z]!V
} R+<M"LriR&
vSv:!5*
private void PlayWav() j"Z9}F@
{ '>Uip+'
MessageBox.Show("Play the wav file."); Hdda/?{b
} zlhU[J}"1|
}>yQ!3/i
public void Play(string audioType) 92D :!C
{ lEC91:Jyt
switch (audioType.ToLower()) Ih_=yk
{ )YPut.
case ("mp3"): jmr1e).];
PlayMp3(); +5N09$f;R
break; 1Gp|_8
case ("wav"): 7e/K YS+!s
PlayWav(); rPx:o}&<
break; oTb4 T=
} f-5}`)`.+
} yv(\5)XF
} '/GZ/$a_l
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。 0czEA
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。 BDcA_=^R&
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! +i(;@%
kv
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。 +kM*BCPYE
二、面向对象设计思想 OE(!^"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! ."h>I @MH
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: `{+aJ0<S
public class MP3 >U62vX"
{ qlg?'l$03)
public void Play() ,3bAlc8D7
{ qwvch^?>FQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); u;/<uV3
} KY9&Ky+2 B
} s-e<&*D[
VI;)VJbq
public class WAV 87OX:6
{ `y*o-St3
public void Play() ZJ'FZ8Sx
{ _8s1Wh G
MessageBox.Show("Play the wav file."); $@eFSA5k,7
} ^2eH0O!
} Yg!xlrxA
K&;;{~md.
Public class MediaPlayer ]GmXZi
{ j9O"!9$vQ
switch (audioType.ToLower()) e"]DIy4s
{ x0ICpt{;
case ("mp3"): Qg5-I$0
MP3 m = new MP3(); ^T_2s
m.Play(); ;oJCV"y6$
break; xf4`+[
case ("wav"): T`K4n U#
WAV w = new WAV(); mAuN* (
w.Play(); ct@i]}"`
break; ,_U3p ,
} A>Xt 5vk+
} 822 jZ
sb
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。 *K=Yrisz
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) S)z5=N(Xz
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。 g6(u6%MD
public class AudioMedia zf?U q
{ a{!
8T
public void Play() 0RkiD8U5
{ $LJCup,1"
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); b:YyzOqEu
} MzCZj
} t_{rKb,
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 B$&&'i%
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: Z)dE#A_X
public abstract class AudioMedia hgI;^ia
{ |C3~Q{A
public abstract void Play(); rEY5,'?YHv
} c@)}zcw*
5}he)2*uD
public class MP3:AudioMedia Fy-|E>@]D
{ [LrA_N
public override void Play() L7 g4'
{ U=>4=gsG
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Z*M-PaU}
} sI#r3:?i
} TptXH?
="AJ&BqHd
public class WAV:AudioMedia pb=yQ}.
{ MP%pEUomev
public override void Play() 2[TssJQ
{ :P:OQ[$
MessageBox.Show("Play the wav file."); mIkc+X
} vGI?X#w3
}
D?@e,e
@g==U{k;t
public class MediaPlayer 7 J+cs^2
{ 2` j#eB1
//根据需要完成任务的单向分派 s5D<c'-
public void Play(AudioMedia media) 2kQa3Pan
{ 8[mj*^P
media.Play(); q? 2kD"%$
} @Yy']!Ju
} H/BU2s a
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)。 N
cnL -k.
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。 23JuuV.
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: mZb[Fi
public abstract class VideoMedia z\r|5Z
{ *u?N{LkqS
public abstract void Play(); [I4&E >
} c&u~M=EW
J<=k
[Q
public class RM:VideoMedia iJem9XXb
{ oar`xH$C
public override void Play() X/-u$c
{ v
%GcNjZk5
MessageBox.Show("Play the rm file."); k=r)kkO)
} Fmux#}Z
} g
xf|L>=
!>gu#Q{\-
public class MPEG:VideoMedia 4KCJ(<p|
{ Ceco^Mw
public override void Play() (b4;c=<[{
{ @gHWU>k,A
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); - |j4u#z
} TWk1`1|
} kG70j{gf
[t}$W*hY
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 [Csv/
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: %9P)Okq
268H!'!\
public interface IMedia sPUn"7
{ cri.kr9Y
void Play(); 1E|~;wo\
} +7|Q d}\X
K3($,aB}
public abstract class AudioMedia:IMedia )Y:9sd8g7
{ r%^J3
public abstract void Play(); @[(<oX%
} "f-z3kL
2h^9lrQcQG
public abstract class VideoMedia:IMedia H&3i[D!p
{ {9yW8&m
public abstract void Play(); Z2wgfP`
} A3=$I&!%
35X4]
t
这样再更改MediaPlayer类的代码: >7^i>si
public class MediaPlayer [r"`rBw
{ ~Q/G_^U:
public void Play(IMedia media) tW#=St0<.o
{ j/Rm~!q
media.Play(); ZQQ0}
} f}U@e0Lsb
} % HK \
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {Y#$
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。 rS/}!|uAu
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。 >:yU bo)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4:S?m(ah/
{
}FoO
IMedia media = null; 8wQ|Ep\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,@]rvI6x
{ E8QY6 gKF
case ("mp3"): !p#+I=
media = new MP3(); @3@oaa/v
break; [J71aH
//其它类型略; 95%,
8t
case ("rm"): aE'nW@YL.
media = new RM(); GDMg.w4Yk
break; U`h> [9
//其它类型略; y@?t[A#v
} "/MA.zEl0,
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j/<z[qr
player.Play(media); PWw2;3`-6w
} /5Zt4&r
MU/3**zoW
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 !Hp H
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。 !^EdB}@yS
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。 bn8`$FA^
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。 %Z#s9QC
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: |#6))Dh
public interface IMediaFactory $<N!2[I L
{ _jr'A -M
IMedia CreateMedia(); !33)6*s
} a~nErB
#=* y7w
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: JM?X]l
public class MP3Factory:IMediaFactory K
V-}:u(
{ >TqMb8e_
public IMedia CreateMedia() 2/]74d8
{ %tRQK$]c
return new MP3(); ?\D=DIN-r
} 8A 3pYW-
} HI}9"(t}
//其它工厂略; !u;r<:g!
zu@5,AH
public class RMFactory:IMediaFactory z#!}4@_i3
{ ub* j&L=
public IMedia CreateMedia() X\a*q]"_
{ :Vyr8+]
return new RM(); kA1C&
} D<35FD,
} ue;o:>G
//其它工厂略; m.K@g1 G
^XIVWf#`H
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。 ;=?f0z<
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: dmkd.aP4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &S8Pnb)d
{ zAxscDf'
IMediaFactory factory = null; E
=7m@"0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) I|#1u7X%]
{ \~#$$Q-qtU
//音频媒体 ;HOOo>%_K
case ("mp3"): %di]1vQ
factory = new MP3Factory(); U(jZf{`Mz
break; ! 9U
//视频媒体 4CT _MAj
case ("rm"): > (.V(]{3y
factory = new RMFactory(); _FJ,, /~
break; Zss `##
//其他类型略; !7KSNwGu
} GkT:7`|C
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ~fDMzOd
player.Play(factory.CreateMedia()); _ `RCY^t
} 4R~f
*<[Nvk^
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。 yl=_ /'*
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: UY!N"[&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5:o$]LkOWC
{ d? Old
IMediaFactory factory = null; lhk[U!>#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4%3R}-'mh
{ S-8wL%r
case ("mp3"): 2KUm(B.I
factory = new MP3Factory(); @DYxDap{
break; EPZ^I)
//其他类型略;
Imi#$bF6
case ("rm"): 6U`<+[K7
factory = new RMFactory(); d0;$k,
break; "XU
M$:D
//其他类型略; kYVn4Wq
} soH
M5<U
IMedia media = factory.CreateMedia(); 0(Hhb#WDh\
media.Play(); _7O;ED+
} I\BcG(hlJ
GomTec9.
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。 99\;jz7
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。 ?ep'R&NV
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。 F>0[v|LG
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:
UA{tmIC\
h#o3qY
<appSettings> g@va@*|~d
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> qOusO6
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> D?v)Xqw=
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q bg,q
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $8{|25
*E
</appSettings> QEavbh^S
@-~
)M_
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Q
UQ"2oC
private void InitMediaType() m5G9
B-\?
{ T JB)]d<
cbbMediaType.Items.Clear(); <H Le,
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) *6-f vqCv
{ Zewx*Y|
cbbMediaType.Item.Add(key); wQ 7G_kVp
} J<
E"ZoY
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; :`9hgd/9
} r@2{>j8
jWg7RuN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 6evW
O!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) R3G+tE/Y
{ |HjoaN )
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @wy&Z
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ]y4(WG;:
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 3c"$@W:>
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, =*icCng
factoryDllName).Unwrap(); Y=%SK8]Q;
IMedia media = factory.CreateMedia(); rcC}4mNe
media.Play(); nTJ-1A7EP
} 3
e19l!B
6hE. i
x
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。 PP{CK4
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: DA/l`Pn
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ]8}+%P,Q
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!