面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) eHGx00:
">h$(WCK
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 `-cw[@uD
一、传统过程化设计思想 x[)]u8^A
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: (nBh6u*
public class MediaPlayer "X!1^)W-8
{ UUbO\_&y
private void PlayMp3() D%?9[Qb
{ ~#VDJ[Z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P*}aeu&lnD
} khT[
2*cc26o
private void PlayWav() #u+qV!4
{ Y=_*Ai
MessageBox.Show("Play the wav file."); pmurG
} xQzW6H|
lgK5E*^
public void Play(string audioType) %|:j=/_
{ VK,{Mu=.9
switch (audioType.ToLower()) {[/A?AV;F
{ *qLk'<
case ("mp3"): mea}
9]c
PlayMp3(); @x
A^F%(
break; @ZJ}lED3
case ("wav"): |=~mRqG
PlayWav(); lfd-!(tXD
break;
JV4fL~
} #h9Gl@|
} t;PG
} U7g,@/Qx
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 &w`Ho)P
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 (Uu5$q(
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! .V}bfd[k$
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。 i eWXr4@:
二、面向对象设计思想 XhWo~zh"
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! lk81IhI
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: \Nf[8n#{
public class MP3 (|<+yQ,@>
{ cH:&S=>h
public void Play() kz("LI]
{ 'L9hM.+
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +eKLwM
} #4"eQ*.*"
} Sd.Km a
SD8>,
public class WAV umAO&S.+M
{ 1gt 7My
public void Play() <s|.2~
{ ci:|x =
MessageBox.Show("Play the wav file."); |)0Ta9~
} 2
w!
0$
} 3,*A VcQA
"H@I~X=
Public class MediaPlayer WD[jEWMV7D
{ luac
switch (audioType.ToLower()) |f1^&97=+
{ ZWjje6
case ("mp3"): SdMLO6-
MP3 m = new MP3(); >\J<`
m.Play(); 1P'L<z
break; 8I#^qr5
case ("wav"): '"LaaTTs
WAV w = new WAV(); hcYqiM@8>
w.Play(); BXxJra/V
break; xb9^WvV
} (Nd)$Oq[4
} K)[\IJJM
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 kVt/Hhd9
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) <HS{A$]
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。 =`N 0
public class AudioMedia U#w0 E G
{ ZZ :*c"b:
public void Play() E KN<KnU%
{ 1;{nU.If
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); $83Qd
} /P46k4M1U
} i|/G!ht^e
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 /|h+,]<
>
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: YD9vWk\/
public abstract class AudioMedia 0Ny +NE:6M
{ )#hR}|
public abstract void Play(); {,T=Siy
} x{So
'0_W<lGB
public class MP3:AudioMedia k$#1T +(G
{ [ z/G
public override void Play() #u\~AO?h
{ z-"P raP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); S+mBVk"-~S
} (sH4T>
} 9U3 }_
K9VP@[zbJ
public class WAV:AudioMedia |DVFi2
{ o"P )(;
public override void Play() K)Z~ iBRM
{ At[SkG}b
MessageBox.Show("Play the wav file."); j
b'M
} "qZTgCOY2
} FLkZZ\
I.~=\%Z{
public class MediaPlayer ,qV 7$u
{ b`DPlQHj
//根据需要完成任务的单向分派 i\.(6hf+
public void Play(AudioMedia media) 8-kR {9r
{ BV/ ^S.~
media.Play(); asy:[r"
} If 'N0^'W
} 1E4`&?
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)。 Z
R~2Y?Wt9
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。 1sJz`+\
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: E6T=lwOZ
public abstract class VideoMedia 2pSp(@N3
{ VtU2&
public abstract void Play(); M-+!z5q~d
} P-yVc2YH
C+t|fSJ
public class RM:VideoMedia Z3u6m0!
{ sE{5&aCSR
public override void Play() n3eWqwQ$5
{ Y[rCF=ZVH
MessageBox.Show("Play the rm file."); od,,2pwK+
} ! z5c+JqN
} +~
Y.m8
5s4x%L (~}
public class MPEG:VideoMedia .;,,{;
{ j9/iBK\Y
public override void Play() WigTNg4
{ 2sEG#/Y=
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); &=T>($3r94
} '*&V7:
} h{jm
W>b\O">
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 fti0Tz'
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: _KyhX|
Ar_Yl|a
public interface IMedia p -!/p#
{ )lU ocm
void Play(); @|OGxQoC
} !
8Ro5),
cmd7-2
public abstract class AudioMedia:IMedia "s`#`'
{ #0^a-47PA<
public abstract void Play(); N?A}WW#
} :r:x|[3.
C&EA@U5X^
public abstract class VideoMedia:IMedia lD#
yXLaC\
{ ~~p )_
public abstract void Play(); ir|L@Jj,
} 4Y
G\<Zf
/:,}hy+U
这样再更改MediaPlayer类的代码: !SLfAFcS
public class MediaPlayer 4>B=k
{ *W 04$N
public void Play(IMedia media) DD>n-8M@>
{ .H&XPW
media.Play(); Dv^M/z2&[
} k@>(sXs
} lx~C{tl2
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ys7Tq+
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。 y^
st
T^
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。 &*Kk>
4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j~9![s!
{ V9>$M=
IMedia media = null; VjeF3pmBa
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T7Ju7_q}
{ ~eiD(04^r*
case ("mp3"): 5pff}Ru`
media = new MP3(); Kz]\o"K
break; 1@~ 1vsJ
//其它类型略; qR%as0;
case ("rm"): YWk+}y}^d
media = new RM(); LW!4KA]
break; yhnPS4DC
//其它类型略; x69RQ+Vw
} &$~irI
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yi -0CHo
player.Play(media); -BwZ
} {aU|BdATI
{817Svp@
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 T w1&<S
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。 wRX#^;O9?>
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。 'Awd:Aed5
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。 DTd qwe6pi
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: <J}JYT
public interface IMediaFactory =66'33l2
{ *
COC&
IMedia CreateMedia(); .GCJA`0h
} g/w<T+v
iBKH\em/
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:
LGYg@DR
public class MP3Factory:IMediaFactory %9L+ Q1o
{ _.m|Ml,`{
public IMedia CreateMedia() 6_;n bqY&
{ [mG!-.ll
return new MP3(); :"K9(XKKU
} 2f rwU~y
} Ju"c!vu~
//其它工厂略; @ykl:K%ke
Nr*o
RYY
public class RMFactory:IMediaFactory ~svea>Fmr
{ 2LCOB&-Ww
public IMedia CreateMedia() S++jwP
{ #aE>-81SS&
return new RM(); mWMtz]M}
} -O $!sFmY
} *3fhVl=8^*
//其它工厂略; I 6L3M\+-
iBY16_q
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。 ]#'&x%m
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: ahN8IV=+Gm
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;2aPhA
{ .k,,PuP
IMediaFactory factory = null; "z*?#&?,
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) GgtYO4,
{ Vf$$e)
//音频媒体 3/,}&SX
case ("mp3"): `2M*?.vk
factory = new MP3Factory(); *}>)E]O@
break; |Rm_8n%m
//视频媒体 jK{qw
case ("rm"): }E&:
factory = new RMFactory(); X7*fmD=Uy
break; =9:gW5F69
//其他类型略; Jpn= ^f[rm
} j=u)
z7J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L=I;0Ip9y
player.Play(factory.CreateMedia()); qv<^%7gq
} rG%8ugap
Y3H5}4QD
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。 Ns\};j?TU*
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: ^h2!u'IQ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ZsP>CELm@
{ CSBDSz
IMediaFactory factory = null; y#/P||PM
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) E<@N4%K_Q
{ -'^:+FU
case ("mp3"): [<wpH0lNoy
factory = new MP3Factory(); *rYPjk6g[
break; /^WOrMR
//其他类型略; 5eM{>qr}
case ("rm"): nL]eGC
factory = new RMFactory(); HNLr}
Y j
break; ~1nKL0C6u
//其他类型略; MieO1l
} x-b}S1@
IMedia media = factory.CreateMedia(); $s"-r9@q
media.Play(); V \/Qik{h
} PlwM3lrj
Fx:4d$>;
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。 bR?xz-g%<3
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。 f @Vd'k<
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。 2dDhO
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: ^,`]Q)P^
`w)yR>lqh
<appSettings> XI,= W
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> CQ7NQ^3k
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 6lUC$B Y
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 7/)0{B4U'
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> "@t bm[
</appSettings> /bL L!nD=^
BQ B<+o'
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: C(M ?$s`
private void InitMediaType() 4P#4RB
{ 3jHE,5m
cbbMediaType.Items.Clear(); 7W>(T8K X\
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Qm_;o(
{ }#&L
cbbMediaType.Item.Add(key); g@Rs.Zq
} 7JBr{3;eS
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; {e0(M*u
} z|zEsDh;
:`uu[^
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: HmHM#~5(`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Qkc9X0J!
{ >'jkL5l
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;s8\F]K
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); v@{VQVx
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; e7plL^^`
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, S>jOVWB
factoryDllName).Unwrap(); Q% ^_<u
IMedia media = factory.CreateMedia(); Hoi~(Vc.
media.Play(); \+:`nz3m
} \ rKUPI\
cg9*+]rc
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。 :SY,;..3e
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: ^)h&s*
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 +{#Z^y6&
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!