面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :I_p4S.)
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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。 }uZ/^_U.
一、传统过程化设计思想 @$}Ct
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: pwvzs`[;
public class MediaPlayer eHHY.^|
{ @k=UB&?I
private void PlayMp3() 0JFS%Yjw[
{ &!P' M
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X*cDn.(I
} &Va="HNKt
E{;F4wT_@
private void PlayWav() .~$!BWP
{ {p\ll
MessageBox.Show("Play the wav file."); l266ufO.u-
} }1fi#
.RNY}bbk
public void Play(string audioType) ;w/@_!~
{ >?<S(
switch (audioType.ToLower()) Tp46K\}Uf
{ T@wgWE<0y_
case ("mp3"): 5{/uHscwLa
PlayMp3(); 5(zdM)Y7
break; Q
XSS
case ("wav"): |L/EH~| O
PlayWav(); a\m_Q{:
break; >``sM=W at
} BG|m5f
} :FT x#cZ
} XHU\;TF
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。 QyghNImp
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。 (}g4}A@x
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! GY>G}bfh
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。 L4DT*(;!E
二、面向对象设计思想 f=k_U[b4>
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! Ii9[[I
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: Ff{,zfN+3
public class MP3 BLN|QaZ
{ K| dI'TnW
public void Play() dI%?uk
{ <Y]e
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "uli~ {IU
} 7s0\`eXo/
} =cpUc]~
2FR+Z3&z
public class WAV Xh}S_/9}5
{ X+1Mv
public void Play() d-3.7nJ:
{ 80zpRU"
MessageBox.Show("Play the wav file."); #x qiGK
} V&*|%,q
} iYZn`OAx
vPz$+&{I
Public class MediaPlayer y\omJx=,
{ gw!d[{#
switch (audioType.ToLower()) oXjoQ
{ JM1O7I
case ("mp3"): bwM?DY
MP3 m = new MP3(); ]]0Yh
m.Play(); PYBE?td
break; Fc#Sn2p*
case ("wav"): @U3:9~Q
WAV w = new WAV(); {dXTj 7
w.Play(); dz?On\66
break; 2X<%BFsE
} `OfD^Q=
} SJ91(K
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Q^;:Kl.b
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ua"2nVxK_K
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 s+~GQcj<T
public class AudioMedia )=#e*1!b
{ LSo*JO6
public void Play() tLi91)oG
{ ^,0Lr$+
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); lb$_$+@Vr
} GE`1j'^-
} &|j0GP&
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)。 3&>0'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: wVqp')e
public abstract class AudioMedia 2}=@n*8*d
{ [UXN=
76N
public abstract void Play(); T/A2Y+@N;
} xP_/5N=f
"u]&~$
public class MP3:AudioMedia GeDI\-
{ ,]:Gn5~
public override void Play() ~`Rar2%B
{ D Qz+t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); k 3H0$1
} @I}VD\pF
} =&6sU{j*
PtYG%/s
public class WAV:AudioMedia IITUM)
{ 6I: 6+n
public override void Play() ,jEc4ih4
{ O/|))H?C
MessageBox.Show("Play the wav file."); U(0FL6sPC
} d#TA20`
} Q-<Qm ?
Ml$<x"Q
public class MediaPlayer 5D.Sg;\
{ j g//I<D
//根据需要完成任务的单向分派 mogmr
public void Play(AudioMedia media) lP*n%Pn)
{ e'>q( B
media.Play(); :_y!p
} N2k<W?wQ
} Q?;Tc.O"/
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)。 6_<~]W&
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。 ;@T0wd_i|
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: DI8<0.L
public abstract class VideoMedia `3i<jZMG
{ [zBi*%5O
public abstract void Play(); ]/kpEx
} (:qc[,m
3rB0H
public class RM:VideoMedia /q+;!EM
{ ymyzbE
public override void Play() J,:&U
wkv
{ qC{JsX`~
MessageBox.Show("Play the rm file."); |ZE^'e*k
} t"Ci1"U
} En1LGi4#
X3a 9-
public class MPEG:VideoMedia 'prHXzi(h
{ (De{r|
public override void Play() /zt M'
{ j{YYG|
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); xI1{Wo*2C}
} c\2rKqFD8
} n8F~!|lQ0
k'PvTWR
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。 4")`}T
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: |mE;HvQF
?"r=08
public interface IMedia 3r,~-6
{ 9M;t4Um
void Play(); RSe4lw
} h#"$W;(
G/N c@XG\
public abstract class AudioMedia:IMedia R?O)vLmd
{ 6IG?t
public abstract void Play(); B Z|A&;
} &G\mcstX
F'b%D
public abstract class VideoMedia:IMedia ,#UZp\zZ*
{ Jr( =Y@Z'
public abstract void Play(); '{UKO7
} ] re=8s6
E#!!tH`lgg
这样再更改MediaPlayer类的代码: $GFR7YC 7
public class MediaPlayer fE+zA)KX
{ K\rQb
public void Play(IMedia media) V-}}?c1 F
{ m<hP"j
media.Play(); KF00=HE|]
} s91[@rh/
} -1,0hmn=+
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 /V:9*C
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。 [K.1 X=O}
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。 ?}Z t&(#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,JE_aje7
{ Q0Ft.b
IMedia media = null; LXK!4(xa W
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8 s$6R|ti
{ !Fp %2gt|
case ("mp3"): /T)E&=Ds
media = new MP3(); /7 Tm2Vj8
break; )^ Y+Vn
//其它类型略; az6&
case ("rm"): Zt!A!Afu
media = new RM(); :R,M Y"(
break; Ha `N
//其它类型略; x_nwD"
} u1$6:"2@5k
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W~'xJ
player.Play(media); h<U?WtWT-p
} R~4X?@ZB
Q!;syJBb.
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 1j$\ 48Z
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。 xKG7d8=
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。 );h(D!D,
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~pp7
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 4?Qd0z
public interface IMediaFactory Bz/Vzc(
{ yx5e
IMedia CreateMedia(); &.,K@OFE}
} zHb[.ry~
N s +g9+<A
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: g0tnt)]
public class MP3Factory:IMediaFactory ?`piie9V
{ |nZ^RCHog
public IMedia CreateMedia() aDKb78 1d
{ </{Zb.
return new MP3(); +7H)s
} qh~bX
i!
} 1IA1;
//其它工厂略; ?eIb7O
vd4@ jZ5
public class RMFactory:IMediaFactory ;>v.(0FE6
{ /h0bBP
public IMedia CreateMedia() Q v9q~l
{ =0=#M(w
return new RM(); CJ\a7=*i
} iYStl
} U =.PL\
//其它工厂略; G;l7,1;MU:
zl@^[km{
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。 2h
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: MjMDD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (`.OS)&
{ 7y'":1
IMediaFactory factory = null; R&Y_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <
'5~p$
{ ~?F,kmO}?
//音频媒体 y&zFS4"x
case ("mp3"): ,-#MEr
factory = new MP3Factory(); mVZh_R=a
break; !CGX \cvW
//视频媒体 u#@/^h;
case ("rm"): W%!(kN&d
factory = new RMFactory(); 8wsU`40=Q
break; zeHF-_{
//其他类型略; U>E:
Ub0r
} fwFJe(.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 5?k5J\+
player.Play(factory.CreateMedia()); <k:I2LF_
} m^D'p
DXLXGvcM
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。 :<qe2Z5k
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: *,\"}x*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?G,4N<]Nu
{ >!=@TK(~
IMediaFactory factory = null; c@t?R$c
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jSY[Y:6md
{ VsQ|t/|#
case ("mp3"): ] 3{t}qY$A
factory = new MP3Factory(); 5*YoK)2J
break; +~^S'6yB
//其他类型略; n[3z_QI
case ("rm"): U**8^:*y#:
factory = new RMFactory(); uY&1[(Pb
break; /f3/}x!po
//其他类型略; {@InOo!4w]
} +Q5O$8i
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?"x4u#x
media.Play(); C}8#yAS9M
} "\b>JV5
RQ,#TbAe
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 D\Ak-$kJ^
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。 :;+!ID_
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。 \;{ ]YX
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: t?GH
V3V
d51lTGH7Z
<appSettings> <Vhd4c
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> G^c,i5}w
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> W0gS>L_
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> I=0c\ U}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> \OwF!~&
</appSettings> Unk/uk
@{y'_fw
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: *7!MG
private void InitMediaType() Xh@K89`uX
{ QQl.5'PP
cbbMediaType.Items.Clear(); @nktD.
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) *g(d}C!
{ s@\3|e5g
cbbMediaType.Item.Add(key); cbJgeif
} `|'w]rj:"+
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #J[g
r_
} C`.YOkpj
nrl?<4_
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ,h*gd^i
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) uavATnGO{B
{ AFAg3/
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); |qNe_)
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); S#/BWNz|
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 8}'iEj^e
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, YdhTjvx
factoryDllName).Unwrap(); r[L.TX3Ah=
IMedia media = factory.CreateMedia(); sVFO&|L
media.Play(); W:r[o%B
} A!lZyG!3
.(@=L1C<}J
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。 UsE\p9mCuV
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: WyO*8b_
D
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 (!}N&!t
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!