面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) YvN]7tcb
q#AIN`H
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。 9]Ue%%vM
一、传统过程化设计思想 h STcL:b
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: _cJ)v/]
public class MediaPlayer CyLwCS{V\
{ d+G%\qpzQ
private void PlayMp3() @:RoY vk$
{ E9mu:T
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h2x9LPLBxT
} baD063P;
K"VcPDK
private void PlayWav() 5?HwM[`
{ 9,~7,Py }
MessageBox.Show("Play the wav file."); }wRm ~
} @gbW:
sgP{A}4 W
public void Play(string audioType) .]h/M,xg
{ W/\VpD) ?;
switch (audioType.ToLower()) Z8Ig,
{ -5
case ("mp3"): @@^iN~uf
PlayMp3(); _ f";zd
break; pTi7Xy!Cw
case ("wav"): 9tv,,I;iU
PlayWav(); bwhH2 ^ !
break; q++\<\2
} n_; s2,2r
} 5PZ!ZO&
} >U`G3(#7S
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。 aL[6}U0 (}
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。 Y!oLNGY
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! }\S'oC\[
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。 ?e6>dNw
二、面向对象设计思想 wdP(MkaV
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! E"VFBKB
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: ~IW{^u
public class MP3 p%meuWV%5
{ G3:!]}
public void Play() OFtf)cGE
{ 8Yk*$RR9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U!-Nx9
} nS3Aadm
} d/yF}%0QI
pD({"A.x9z
public class WAV UA*VqK)Y
{ ,DE>:ARZ
public void Play() OWwqCPz.
{ l+ >eb
MessageBox.Show("Play the wav file."); d2Q*1Q@u
} 8cOft ;|qB
} 4j=K3m
JqMF9|{H
Public class MediaPlayer hZHM5J~
{ -_Z 4)"k
switch (audioType.ToLower()) %gO/mj3*
{ _rB,N#{2R=
case ("mp3"): -->0e{y
MP3 m = new MP3(); ;<Z6Y3>I8
m.Play(); H}kSXKO8!8
break; /a^
R$RHl'
case ("wav"): nyi!D
WAV w = new WAV(); qJ`:$U
w.Play(); f%.Ngf9
break; Z[IM\# "
} LWJ ?p-X
} Y&yfm/R u
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 f0SrPc v
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) bD ,X.
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Jf?6y~X>Y
public class AudioMedia g=4^u*
{ Gu~*ZKyJ
public void Play() aA#79LS
{ ~5&4s
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); AcuF0KWw/
} tjFX(;^[
} B
}%2FUv
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 ~C%I'z'
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: nI]EfHU
public abstract class AudioMedia :1UMA@HP
{ 8lpAe0p(Z
public abstract void Play(); O_1[KiZ
} X8ap
b v_UroTr
public class MP3:AudioMedia A`Dx]y
{ :CE4<
{V
public override void Play() KL=<s#
{ U&WEe`XM
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0pMN@Cz6
} '+_>PBOc
} K2M=)B
=D$ED^W
public class WAV:AudioMedia D`WRy}o
{ |~BnE
public override void Play() PX|@D_%Y=
{ @p*)^D6E\
MessageBox.Show("Play the wav file."); d)vP9vXy
} oV:oc,
} K#Ck,Y"
lcZ.}
public class MediaPlayer *z VN6wG{
{ qMJJB l
//根据需要完成任务的单向分派 6E}9uwQ
public void Play(AudioMedia media) yV8J-YdsG
{ vO1; ;
media.Play(); oVy{~D=
} FoK2h!_
} ;`#R9\C=h
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{D@g+
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。 95mf
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: j-ej7
public abstract class VideoMedia ac l<dY6
{ DD$>3`
public abstract void Play(); GV Xdyi
} G@H!D[wd
|2q3spd
public class RM:VideoMedia A0)^I:&
{ ]Orx%8QS!
public override void Play() d>hv-nD
{ g.Xk6"kO
MessageBox.Show("Play the rm file."); %)r ~GCd
} oa:YAqT
} /J#(8p
)cJ>&g4]
public class MPEG:VideoMedia vt#;j;liG
{ w95M
B*N
public override void Play() o]oiJvOr
{ &+2l#3}
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 06pvI}
} _Ub
`\ytx
} >lRZvf-i
G7CeWfS
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。 X@`a_XAfd
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: (P)G|2=
Q|AZv>'!
public interface IMedia xN-,gT'!
{ g5B TZZ
void Play(); |HK:\)L%
} ZUQ
_u
4 ThFC
public abstract class AudioMedia:IMedia f,HUr% @
{ sApix=Lr
public abstract void Play(); ,Z"<-%3
} rR.It,,
r9@=d
public abstract class VideoMedia:IMedia EraGG"+
{ y>a?<*Y+e
public abstract void Play(); y'_8b=*
} ^AP8T8v
X.t4;
这样再更改MediaPlayer类的代码: aZA``#p+
public class MediaPlayer ]1!" q40)]
{ sW[-qPK<
public void Play(IMedia media) jfuHZ^ YA
{ qE~_}4\Z9
media.Play(); AYbO~_a\N
} eQbHf
} <>3)S`C`p
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 IO+]^nY`
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。 sasurR|;
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。 6z 9
'|;,4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) TQ4@|S:OF
{ `$T$483/
IMedia media = null; I'uwJy_I\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cszvt2BIg
{ WUYI1Ij;
case ("mp3"): J$3g3%t
media = new MP3(); @ma(py
break; 5W Ql?yMP
//其它类型略; kTvM,<
case ("rm"): D4=*yP
media = new RM(); X$Vi=f vt
break; fW-C`x
//其它类型略; mOE *[S)
} 3"y 6|e/5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); .9jKD*U|
player.Play(media); z]G|)16
} (>v'0RA
)j_El ]?
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 M5^Y
W#e
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。 1-_r\sb
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。 &3Zq1o
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。 js_`L#t
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: 9@
tp#
public interface IMediaFactory V%s
g+D2
{ ywa*?3?c
IMedia CreateMedia(); WTvUz.Et
} HxG8'G
R?xb1yc7_
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: =gB5JB<}2
public class MP3Factory:IMediaFactory ^|Q]WHNFB
{ ":Wq<Z'
public IMedia CreateMedia() oh9
;_~
{ jm^.E\_
return new MP3(); P\jGySj
} @]@|H?
} _wq?Pa<)e
//其它工厂略; " 9Gn/-V>
||$&o!;/L
public class RMFactory:IMediaFactory %**f`L%jN
{ Mbi]EZ
public IMedia CreateMedia() *T5;dh (
{ *G19fJ[5
return new RM(); m@4Dz|
} f`9Mcli!
} V
;T :Q%
//其它工厂略; A6&*VD
d!,t_jM0
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 U.7fMc#
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: O `}EiyV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) O*EV~{K
{ /A=w`[<
IMediaFactory factory = null; PVCoXOqh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @R[{
{ P6:C/B
//音频媒体 /).{h'^Hq\
case ("mp3"): )kD/ 8
factory = new MP3Factory(); CKsVs.:u
break; -pC8 L<
//视频媒体 7{;it uqX
case ("rm"): ?"B]"%M&
factory = new RMFactory(); @YJI'Hf67
break; :D.0\.p
//其他类型略; z|l*5@p
} ~Z\:Nx
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); U ZM #O
player.Play(factory.CreateMedia()); 22\!Z2@T/
} EYAaK^ &
kBu{ bxL
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 oaoTd$/5
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: /R)wM#&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Tg\bpLk0=
{ YDt+1Kw}D
IMediaFactory factory = null; @AsJnf$y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jwZ,_CK
{ 0I&k_7_
case ("mp3"): OmYVJt_
factory = new MP3Factory(); V2MOD{Maat
break; )-C3z
//其他类型略; 0'QWa{dS\
case ("rm"): IrLGAQ0
factory = new RMFactory(); qL(Q1O!
break; [ERZ".?
//其他类型略; zZ5:)YiW-
} }lJ;|kx$
IMedia media = factory.CreateMedia(); hp\&g2_S0W
media.Play(); YGp+[|'
} tK#R`AQ
}U_
'7_JT
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。 UX 1
)((
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。 JfY*#({y
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。 ZCiCZ)oc
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: \8`?ir
q"
<xOv8IQ|
<appSettings> wX$:NOO
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> /ZLY@&M
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> vvoxK 0
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> / HTY>b
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> GD
W@/oQr
</appSettings> gYpMwC{*d
Ui{%q@
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: $pGT1oF[E
private void InitMediaType() f:T?oR>2
{ :2 ;Jo^6Se
cbbMediaType.Items.Clear(); KyvZ?R
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) G0cG%sIl
{ TkbaoD
cbbMediaType.Item.Add(key); .])prp8
} NFK`,
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; y8Va>ul"U
} 7R+(3NU1A
yV30x9i!2
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: I.2J-pu}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) eL!41_QI
{ sV^:u^
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ; *
[:~5Wc
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ~/
%Xm<
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; $o^Z$VmL
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, L*nK>
+
factoryDllName).Unwrap(); =bVPHrKNQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); /?\3%<vn
media.Play(); G
dgL}"*F
} 2z.ot'
Hvl
n>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。 c\bL_
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:
{pzj@b 1S
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 0c_xPBbB+
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!