面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT)
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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。 AiP#wK;
一、传统过程化设计思想 ]u]BxMs
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: Y3_C':r
public class MediaPlayer %Z8'h\|
{ $ Jz(Lb{
private void PlayMp3() ^n?`l ^9c$
{ .+07 Ui]I!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :F |ll?
} xU1_L*tu '
|)+ s, LT5
private void PlayWav() tJM#/yT
{ =bBV
A0y
MessageBox.Show("Play the wav file."); "t.Jv%0=
} !K8Kw
W|X
wD\viuq0
public void Play(string audioType) |erG cKk
{ yTxrbE
switch (audioType.ToLower()) Vk tc
{ R_4eME2LB
case ("mp3"): O
.ESI
PlayMp3(); %eE0a4^".
break; Sl;[9l2
case ("wav"): 2 rFjYx8D!
PlayWav(); ]
6X;&=H
break; RoFOjCc>D.
} tEN8S]X
} ( GW"iL#.
} `<Q[$z
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 kl~)<,/@
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 UkTq0-N;2
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Ke;eI+P[
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 @!Z1*a.
二、面向对象设计思想 H|IG"JB
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! }Q?a6(4
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: K1+4W=|
public class MP3 )ZW[$:wA
{ KB"N',kG
public void Play() 9Q.@RO$%C
{ )n&6= Li
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); M!/!*,~
} 2dyS_2u
} 5|jsv)M+
-U{CWn3G
public class WAV =h@t#-Z"
{ }`$s"Iv@
public void Play() _f1;Hhoa
{ q$;j1X^
MessageBox.Show("Play the wav file."); sXi~cfFaE
} 'ln
o#
} z:ZXdB)L)
EzeU-!|W
Public class MediaPlayer :I{9k~
{ U2Tw_
switch (audioType.ToLower()) ^OOoo2
{ .6LlkM6[g
case ("mp3"): _-T^YeQ/
MP3 m = new MP3(); bzXeG;c<7
m.Play(); #`ZBA>FLaQ
break; AxfQ{>)0
case ("wav"): <}p]0iA
WAV w = new WAV(); HU/2P` DGP
w.Play(); '~9w<dSB!r
break; `Frr?.3&-
} +lX Iv
} x*sDp3f[*
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 <N:)Xf9`
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) S,s#D9NU
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 jL7r1pu5
public class AudioMedia D#D55X^6*
{ mKqXB\<
public void Play() ^;9<7h[l
{ %L|xmx!c
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 95E#
} R/xT.EQ(N
} js9^~:Tw
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 tVe =c
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: I.'/!11>
public abstract class AudioMedia >WA'/Sl<A<
{ drxCjuz"
public abstract void Play(); g%V#Z`*|
} 0R,.
[4hi/60
public class MP3:AudioMedia *10qP?0H
{ -<ome~|
public override void Play() RrT`]1".
{ [1Aoj|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); I+F>^4_d
} !rF1Remw
} 0@um
cMrO@=b;
public class WAV:AudioMedia )}7X4g6X
{ w~q ]&
public override void Play() Na4O( d`
{ lCgzQZ
MessageBox.Show("Play the wav file."); sYfm]Faz
} 'd|!Hr<2
} ,c-*/{3
psse^rFg
public class MediaPlayer P+Gz'
{ 764eXh
//根据需要完成任务的单向分派 /1p5KVTKv
public void Play(AudioMedia media) Uq @].3nf
{ *kpP)\P
media.Play(); @u`W(Ow
} U[2;Fkapi
} wwRPfr[
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ~BqC!v.)@E
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ($!uBF-b
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: 7n o6
public abstract class VideoMedia $e2+O\.>
{ C>'G?
public abstract void Play(); ;B;@MD,B
} q{_ f"
C4qK52'2s
public class RM:VideoMedia spTz}p^\O
{ k~Q
5Cs
public override void Play() '7}2}KD
{ 5rf Dm
MessageBox.Show("Play the rm file."); J[0 5T1
} -L4G)%L\
} HI{h>g T
cIQbu#[@
public class MPEG:VideoMedia 8AuE:=?,,
{ 9Zj3 "v+b
public override void Play() }& W=
{ eXD~L&s[
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 7W*a+^
} XjCx`bX^<
} *>"NUHq
%6%mf>Guf
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。 nW*cqM%+
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
^pH8'^n
public interface IMedia YK[2KTlo
{ sVBr6
!v=
void Play(); xJAQ'ANr
} kI9I{ &J&
}!{R;,5/n
public abstract class AudioMedia:IMedia IU5T5p
{ Yi,`uJKh
public abstract void Play(); V9SL96'[I
} OF={k[
M 87CP=yc
public abstract class VideoMedia:IMedia G[JWG
{ N UvVhy]{
public abstract void Play(); #rF`Hk:
} |O6/p7+.
M)!"R [V
这样再更改MediaPlayer类的代码: N*hV/"joZ
public class MediaPlayer 7G^Q2w
{ *r[V[9+y-D
public void Play(IMedia media) y2#"\5dC
{ 0;@>jo6,!
media.Play(); d/jP2uuA
} (_!I2"Q*
} vb?.`B_>&
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 9od*N$
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。 ~c<8;,cjYR
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。 S5u$I
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) kS&>g
{ XVqkw@Ia4!
IMedia media = null; U]gUGD!5x
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7M4J{}9
{ 9PA<g3z
case ("mp3"): 37kVJQcA1
media = new MP3(); ^+CWo@.
break; L%(NXSfu7
//其它类型略; 49M1^nMvoo
case ("rm"): nIr`T^c9c
media = new RM(); j`"!G*Vh
break; #) :.1Z?
//其它类型略; %cg| KB"l
} .{c7 I!8
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1++g@8
player.Play(media); vG'#5%,|
} "^6Fh"]
jd-ccnR l
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 o+}k$i!6
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。 KUYwc@si\
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。 =f
y|Dm74
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。 $A9Pi"/*z
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: O=V_7I5
public interface IMediaFactory RqGX(Iuv
{ x 55W"q7
IMedia CreateMedia(); ?RS:I%bL
} gN/>y1{a
>h\u[I$7
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: p*,T~(A6
public class MP3Factory:IMediaFactory ssx#|InY
{ 3: WEODV2
public IMedia CreateMedia() wpYk`Lr
{ -JF^`hBD-
return new MP3();
5N$XY@
} aIFlNS,y
} ih/E,B"
//其它工厂略; o
?vGI=
Q17dcgd
public class RMFactory:IMediaFactory dt:$:,"
{ a{r"$>0
public IMedia CreateMedia() r9&m^,U
{ yD7}
return new RM(); kMurNA=
} 7~QI4'e
} ur8+k4]\"
//其它工厂略; )Ln".Bu,
ciN\SA ZY
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。 h#O9TB
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: jw=PeT|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) GnW MI1$
{ ;j/$%lC
IMediaFactory factory = null; aH{)|?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ltgtD k
{ J??AU0vh
//音频媒体 lP`BKc,
case ("mp3"): \alV #>J5
factory = new MP3Factory(); ]}N01yw|s
break; F""9O6u
//视频媒体 $~.YB\3
case ("rm"): KH;~VR8"/
factory = new RMFactory(); i,*m(C@F}
break; 9;U?_
//其他类型略;
t kj
} H(
i
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dREY m}1
player.Play(factory.CreateMedia()); 3r kcIVO
} `"&Nw,C
A_oZSUrR
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。 i m;6$3
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: hk4t #Km
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {owuYVm
{ K-C,n~-
IMediaFactory factory = null; WV$CZgL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |}
b+$J
{ \6&Ml]1
case ("mp3"): `9K5 ;]
factory = new MP3Factory(); 9m$;C'}Z
break; <Pt?N2]A|
//其他类型略; Z)W8Of_
case ("rm"): Blzvn19'h
factory = new RMFactory(); I61S0lz/
break; vlbZ5
//其他类型略; E^F<"mL*
} xz"60xxY
IMedia media = factory.CreateMedia(); `2s@O>RV
media.Play(); ~h@@y5<4
} h7"U1'b
$q@d.Z>;
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 7amVnR1f
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 |cma7q}p
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 OY`B{jV-
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: @Uez2?
TsaQR2J@
<appSettings> 3MQZ)!6
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> )Wk_|zO-
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 1W{N6+u
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> El<*)
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> =9a2+ v0
</appSettings> V+ ("kz*
!g]5y=
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: TR0y4u[
private void InitMediaType() ,-y9P
{ XJ4f;U
cbbMediaType.Items.Clear(); NVv
<vu
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) T(7`$<TQ
{ 29RP$$gR
cbbMediaType.Item.Add(key); DQXUh#t\(]
} ?8V.iHJk
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #_ |B6!D!
} }R['Zoh4I
[v"Z2F<.=
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \tI%[g1M
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~U]g;u
{ ;AEfU^[
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); }UW7py!TN
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); luf5-XT
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; tbRW6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 2H|:/y
factoryDllName).Unwrap(); Pq omi!1
IMedia media = factory.CreateMedia(); LW]fme<V?
media.Play(); =*,SD
} sW]^YT>?
-XV,r<''
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。 +'?Qph6o,7
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: {q0+PzgP
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 u<BU4c/p
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!