面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) K SJ Ko
CT/>x3o
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。 fRjp(m
一、传统过程化设计思想 AO,^v+$
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: v ty:@?3\
public class MediaPlayer i1 c[Gk.o
{ wpD}#LRfm
private void PlayMp3() T m2+/qO,
{ *z^Au7,&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Pa'N)s<
} SmUiH9qNd,
QYEGiT
private void PlayWav() K!8l!FFl
{ pf&U$oR4
MessageBox.Show("Play the wav file."); \c1>15
} bPIo9clq
9
^=kt 2[
public void Play(string audioType) 8Oa+,?<0x
{ @<yY Mo7
switch (audioType.ToLower()) 40O@a:q*
{ q2U?EP{8~
case ("mp3"): 32Wa{LG;2
PlayMp3(); `{NbMc\
]
break; B r6tgoA
case ("wav"): iD<}r?Z
PlayWav(); %@8#+#@J0
break; C@g/{?\
} 1'H!S%fS
} QT=i>X
} qIxe)+.
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ,<$rSvMfg
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。 IP^1ca#<
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! 5cb8=W-
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。 b3ys"Vyn
二、面向对象设计思想 Z>~7|vl
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! ,/"0tP&_;
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: p!EG:B4
public class MP3 Z&n#*rQ7[
{ |Yv,zEY)
public void Play() l=L(pS3 ~
{ V`rxjv}!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e?N3&ezp
} T%A"E,#
} ==S^IBG
OVE?;x>n/1
public class WAV </b_Rar
{ +1r><do;
public void Play() j
Y(|z*|
{ /4}y2JVv)
MessageBox.Show("Play the wav file."); [#fz[U
} k\RS L
} EHfB9%O7y
4?]s%2U6
Public class MediaPlayer -wVuM.n(Z
{ FH{p1_kZ=
switch (audioType.ToLower()) {{AZW
{ hxt;sQAo{
case ("mp3"): q3`~uTzk
MP3 m = new MP3(); 8T8]g M
m.Play(); PAH#yM2Ic
break; O)"Z% B
case ("wav"):
&_-3>8gU
WAV w = new WAV(); g1 =>u
w.Play(); nW`] =
break; Zy|u5J
} f ~bgZ
} 8Un0<+b
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。 -C8LM ls
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ]]y4$[|L
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。 ?X Rl\V
public class AudioMedia !}sF#
{ R+2~%|{d
public void Play() ],{M``]q
{ ZZYtaVF:
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); w_DaldK*
} mex@~VK
} P.jy7:dB,
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)。 t>x!CNb'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: WO6+r?0M2
public abstract class AudioMedia 7I*rtc&Kb
{ o6:@j#b
public abstract void Play(); DR]4Tc z#
} S]A[eUF~
pD }b $
public class MP3:AudioMedia TmK8z
{ ?A04qk
public override void Play() )\7Cp -E-W
{ h,6> ^A
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); w ~^{V4V
} orbz`IQc
} -:~z,F
hLVgP&/E
public class WAV:AudioMedia c[$i )\0
{ )|#ExyRO
public override void Play() $.31<@T7
{ 'v=BAY=Ef
MessageBox.Show("Play the wav file."); r%>EiHpCU
} vu&ny&=`
} l<'}`
g4{0
public class MediaPlayer F~~9/#
{ F%4N/e'L
//根据需要完成任务的单向分派 %Aa_Bumf*:
public void Play(AudioMedia media) 4q(,uk&R[
{ @Y<fj^]k
media.Play(); }:[MSUm5
} 1#8~@CQ ::
} {Z1-B60P
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)。 :a:m>S<~
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。 +n)bWB%
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: *}_i[6_\E
public abstract class VideoMedia d*=qqe
H
{ s@Loax6@B
public abstract void Play(); C%j@s|
} ad52a3deR
6j!a*u:}"
public class RM:VideoMedia ;iJ}[HUo
{ 44KWS~
public override void Play() j&b<YPZ
{ /<dl"PWkJv
MessageBox.Show("Play the rm file."); C;#gy-
} %eGD1.R
} M'oQ<,yW-
i8DYC=r
public class MPEG:VideoMedia uaxkGEXr
{ Bo1 t}#7
public override void Play() ,dFY]
{ =vDpm,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); l{VJaZ $M
} t}MT<Jj
} JeAyT48!M
G^SDB!/@J
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 NE3/>5
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: '#~Sb8
z6h/C{
public interface IMedia <y"lL>JR
{ - s2Yhf
void Play(); #qJ6iA6{
} +vPCr&40
=#wE*6T9
public abstract class AudioMedia:IMedia Ri}JM3\J
{ ;!OME*?m<
public abstract void Play(); ]iZ-MG)J
} ;<%d^
9WHarv2 @
public abstract class VideoMedia:IMedia ]eX(K5 A
{ [|YJg]i-
public abstract void Play(); 7t78=wpLc
} ! \5)!B
mXMU
这样再更改MediaPlayer类的代码: Nov
An+
public class MediaPlayer U.<a d
{ c:s[vghH^#
public void Play(IMedia media) Jq+@%#G
{ Xob(4
media.Play(); D2io3Lo$ov
} M?kXzb\O
} 5RY rAzQo
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 2%MS$Fto
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 5j _[z|W2
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 J`wx72/-ZW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U;gy4rj
{ k_Lv\'Ok
IMedia media = null; HDz"i
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9'KOc5@l^
{ rKl
case ("mp3"): :z$+leNH\
media = new MP3(); 8P&z@E{y
break; Qr?(2t#
//其它类型略; 0.1?hb|p5T
case ("rm"): 6*I=%
H|
media = new RM(); q@Zeu\T,*#
break; nzU0=w}V
//其它类型略; 59?$9}ob
} HLh]*tQG
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lvUWs
player.Play(media); 4hn'b[
} RVpo,;:
C4|79UG>s
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 } OkK@8?0O
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 /EL3Tt
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ?Uhjyi
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 EclsOBg
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 3p'(E\VJ
public interface IMediaFactory PW9tZx#
{ lW]&a"1$
IMedia CreateMedia(); ZZ>(o
d!B
} <S0gIg`)
NF7+Gp6?q
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: VZ2CWE)t
public class MP3Factory:IMediaFactory ,@Elw>^
{ I3Ad+]v
public IMedia CreateMedia() _ n4C~
{ 6O'Y@9#
return new MP3(); Qaiqx"x3
} i\RB KF
} Nh6!h%
//其它工厂略; MnptC 1N
>}86#^F
public class RMFactory:IMediaFactory QVD^p;b
{ ?6:e%YT
public IMedia CreateMedia() EsLtC5]
{ M7neOQHq
return new RM(); Oq95zo
} .y#>mXm>
} 1*B'o<?P1
//其它工厂略; H7Pw>Ta ;
\%.&$z3wz
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 w5a;ts_x
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: @u8kNXT;h
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YKa9]Q
{ gy/bA
IMediaFactory factory = null; vz)zl2F5sY
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7nbaR~ZV
{ A)kdY!}
//音频媒体 l D]?9K29
case ("mp3"): qkq^oHI
factory = new MP3Factory(); SdJkno
break; Ewo6Q){X
//视频媒体 7:OF>**
case ("rm"): l/bZE.GJ
factory = new RMFactory(); <&}N[
break; E1|:t$>Ld
//其他类型略; kJ B u7
} E}|IU Pm
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \0^Je>-:U
player.Play(factory.CreateMedia()); s%)>O{{)
} [S[@ Q[zP@
CSMx]jbb
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。 `AhTER
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: us^J!
s7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :z+l=d:4
{ o>\epQt~/p
IMediaFactory factory = null; 2QV|NQSl
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) [L>AU;
:
{ Iz I
hC
case ("mp3"): rh6m
factory = new MP3Factory(); ]Hrw$\Ky
break; f_tC:T4a
//其他类型略; o,=dm@j
case ("rm"): bH_zWk
factory = new RMFactory(); (rjv3=9\3
break; F2mW<REg{
//其他类型略; g}*F"k4j
} >66v+
IMedia media = factory.CreateMedia(); SR {KL#NC
media.Play(); |(rTz!!-
} R8fB
8 )
3[iHe+U(
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。 l\~F0Z/O
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。 IHNl`\Le
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。 zgA/B{DaC;
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: O\)rp!i
"TePO7^m
<appSettings> qX!P:M
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> PkxhR;4
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> r
WPoR/M
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> x<[W9Z'~?9
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Y%)@)$sK
</appSettings> Y`
tB5P
x8E!Ko](
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: BFMINq>
private void InitMediaType() _9b;8%?Yf
{ OqA#4h4^
cbbMediaType.Items.Clear(); :LBRyBV
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) aak[U;rx
{ tD\%SiTg=b
cbbMediaType.Item.Add(key); RJT=K{2x
} S(h+,+289
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; \>r<z46x
} Tjza3M
8yn}|Y9Fu
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ^jZ4tH3K
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g:CMIe4
{ RS[>7-9
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); X\'+);Z
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Kq2,J&Ca3
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; G,JNUok
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, x9VR>ux&
factoryDllName).Unwrap(); AF-uTf
IMedia media = factory.CreateMedia(); eU.HS78
media.Play(); q~*>
} gN/6%,H}
or]kXefG3
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。 eNw9"X}g
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: @XFy^?
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 QIZbAnn_
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!