面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &r!*Y&
mmgIV&P
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。 &]H Y:
一、传统过程化设计思想 62%=%XD
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: #s^~'2^%4
public class MediaPlayer pD%Pg5p`
{ VSa#X |z
private void PlayMp3() b\9}zmG[u
{ rQPV@J]:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); L(eLxw e%
} F:rT.n
c4n]#((%a
private void PlayWav() >`c-Fqk
{ Ucz`^}+
MessageBox.Show("Play the wav file."); PWThm ooP
} 41jx+
0\Z
(Puag*
public void Play(string audioType) p_2-(n@
{ 3)+}2
switch (audioType.ToLower()) (y!<^Q
{ F2RU7o'f.
case ("mp3"): |cCrLa2*-
PlayMp3(); Aaq!i*y
break; 0SLS;s.GX
case ("wav"): P mgTTI
PlayWav(); sKI{AHJ?X
break; 3]1uDgfr
} W-+~r
} %) 8 UyZG
} bjEm=4FI;
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。 !Wz%Hy:ZK
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。 !r*Ogv[
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! \sZ!F&a~
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。 0(!D1G{ul
二、面向对象设计思想 h*9s^`9)
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! H"A|Z6y$^
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: z<c@<M=Q*
public class MP3 fB3W} dr
{ !4B($]t
public void Play() !B &%!06
{ 0WI3m2i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); RZV6\j
} PYp<eo\
} TS{ycGY
*CtOQ
public class WAV Wp<4F6C$@
{ gIfl}Jat
public void Play() Una7O]
{ t)Mi,ljY[
MessageBox.Show("Play the wav file."); 4 <`'?
} fQ[ GN}k
} 5&\%
*u4h+P
Public class MediaPlayer _Hn-bp[?>
{ nT.2HQ((Xg
switch (audioType.ToLower()) $($26g
{ pIy+3&\e;
case ("mp3"): !!4` #Z0+#
MP3 m = new MP3(); D> |R.{
m.Play(); ')Drv)L
break; 5[_|+
case ("wav"): '% $)"g]/#
WAV w = new WAV(); CG(G){u&
w.Play(); bZ.q?Hlfk
break; M/X&zr
} *uq;O*s
} O%.c%)4Xo
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。 QVVR_1Q
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2O^7zW
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。 6WEYg
public class AudioMedia Qyr^\a;k'
{ YVMwb@|
public void Play() GDgq
4vfj
{ V~>
x\
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); CnT]uU
} t`6R)'
} (c<MyuWb
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)。 V9tG2mLf>
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: Jf-4Q!
public abstract class AudioMedia 7r?s)ZV
{ T(E$0a)#
public abstract void Play(); 4ACL|RF)A
} mgk<PY
qd=&*?
public class MP3:AudioMedia y()7m/
{ D)ZGTq`(
public override void Play() U=4tJb
{ ahno$[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); yaiw|j`A
} j`GL#J[wqQ
} t<Iy`r71
F|t3%dpj
public class WAV:AudioMedia }6;v`1Hr
{ y Q_lJIX
public override void Play() -^i[
{ IXaF(2>
MessageBox.Show("Play the wav file."); bF5 mCR:
} #-wtNM%1#
} l0^~0xlED
mT@8(
public class MediaPlayer xU4,R cgo
{ SL9]$M mJn
//根据需要完成任务的单向分派 p,hDZea
public void Play(AudioMedia media) %QW1?VVP
{ 5m_$21
media.Play(); dvWQ?1l_
} T(UPWsj
} &\Es\qVSf
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 {_GhS%
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 UQmdm$.
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: bT^6AtsJ
public abstract class VideoMedia b'1n1L
{ %jgB;Y
public abstract void Play(); }0&@J'<
} 5.KhI <[
|;XkU`G
public class RM:VideoMedia gr?[KDl~
{ +9MoKn=h
public override void Play() "enGWIH
{ KiXRBFo
MessageBox.Show("Play the rm file.");
F'!pM(+
} 9ZbT41
} x]~{#pH@<
IUt/V^
public class MPEG:VideoMedia W$g<nhLK
{ Vz(O=w=
public override void Play() K"%_q$[YQ
{ 'P1I-ue
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); yMdE[/+3
} KCE5Z?k
} O$=[m9V
i(hI\hD
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。 $e
bx
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: |yqL0x0\l
jea{BhdUr
public interface IMedia I\%a<
{ S?ypka"L
void Play(); '&XL|_Iq
} ;7jszs.6%
}Zs
y&K
public abstract class AudioMedia:IMedia nH6Ny
{ ia'eV10
public abstract void Play(); u0&QStI
} fwe4f
op\'T;xIu
public abstract class VideoMedia:IMedia 3#O Rfr(
{ UcZ20inj0
public abstract void Play(); T1\LS*~!
} =UGyZV:z5
kx6AMx!nX
这样再更改MediaPlayer类的代码: ZCP
r`H
public class MediaPlayer :Pa^/i
{ }XJA#@
public void Play(IMedia media) /$w,8pV=
{ `x{*P.]N!<
media.Play(); |ia#Elavo
} ]LcCom:]
} 4=BIYC"Lu
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q5@N//<DNN
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。 gk &
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。 #qx$ p
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _6y#?8RMB
{ =tP%K*Il4
IMedia media = null; (KHO'QNMt^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]Alv5?E60
{ iJ&*H)}^
case ("mp3"): w"A.*8Iu
media = new MP3(); !
MTmG/^
break; O)bc8DyI
//其它类型略; T?4pV#
case ("rm"): XLu Y
media = new RM(); E79'<;K,zs
break; }Kt`du=
//其它类型略; -rn%ASye
} K~1uR:DR
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3FD6.X>x
player.Play(media); 0Yzm\"Ggv
} jN[P$}#b`
F
gi&CJ8Q
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HLlp+;CF><
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 [:CV5k~xc
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 |Ok@:Au
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Xr B)[kQ
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: t<F*ODn
public interface IMediaFactory 8)Z)pCN
{ ZNHlq5
IMedia CreateMedia(); ,/oqLI\
} xF/u('A
JX.3b_O
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: -o+<m4he
public class MP3Factory:IMediaFactory jDWmI%Y.
{ {IB}g:
public IMedia CreateMedia() >/BMA;`
{ AmyZ9r#{
return new MP3(); pXoD*o b
} ktA5]f;
} ?:sk [f6
//其它工厂略; 3qlY=5Y
I_dO*k%l
public class RMFactory:IMediaFactory rpB0?h!$
{ X[e:fW[e)
public IMedia CreateMedia() [C>>j;q%
{ AGWs>
return new RM(); n|p(Cb#G
} V6L0\
} wr) \GJ#>
//其它工厂略; iImy"$yX{
;4%Co)Rw
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 3J3Yt`
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变:
;4:[kv@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) >bLhCgF:"
{ pO_$ 8=G+
IMediaFactory factory = null; ;h7W(NO~z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hI$IBf>
{ 6zZT5
Kn
//音频媒体 )/p=ZH0[
case ("mp3"): ?LwBF;Y
factory = new MP3Factory(); H(QbH)S$6
break; ^o LMgz
//视频媒体 ^b;3Jj
case ("rm"): 0XSMby?t`
factory = new RMFactory(); >WcOY7
break; "9^OT
//其他类型略; X-_ $jKfM
} Ue?mb$ykC.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); =$wQA
player.Play(factory.CreateMedia()); K!<3|d
} !*\J4bJe
>d9b"T
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。 )wM881_!
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: Qq|c%FZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9OS~;9YR
{ Hz>_tA"^T
IMediaFactory factory = null; "XB6k0.#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) nu6p{_M
{ W6A-/;S\
case ("mp3"): %7S{g
factory = new MP3Factory(); nK8IW3fX9)
break; hWz/PK,
//其他类型略; r+W;}nyf
case ("rm"): '44I}[cA/
factory = new RMFactory(); =^5#o)~BB
break; Nf^6t1se
//其他类型略; 1)BIh~1{p
} N|3a(mtiZ'
IMedia media = factory.CreateMedia(); M/abd 7q
media.Play(); '3uN]-A>D
} =j!nt8]8
x,fX mgE
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。 @TraEBJGL
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。 j9r%OZw{
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。 Q>yO,H|
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: BGrV,h^
] :.
<appSettings> H?4t\pSS
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> KX^! t3l6
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> t!&p5wJ*Q
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> !CUy{nV
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> GTocN1,Z~a
</appSettings> f5`q9w_c
,GYK3+}Z
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: [!S%nYs&8L
private void InitMediaType() ~5;2 ni8n
{ m:W+s4!E
cbbMediaType.Items.Clear(); r]B`\XWz
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) G@4n]c_
{ (Rs|"];?Z
cbbMediaType.Item.Add(key); nj<nW5[
} G
Tz>}@W
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; mcb|N_#n/
} m4@Lml+B,
hbSXa'
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ]A,Og_g
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7.nNz&UG]5
{ tL\L4>^7T
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); P_F0lO
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); }Ryrd!3bY
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; [l*;+N+
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, iTVepYv4m
factoryDllName).Unwrap(); C5^9D
IMedia media = factory.CreateMedia(); vm.%)F#@
media.Play(); ehV}}1>O
} {O_`eS
?hOvY)
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。 `s\E"QeZN
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: KN:V:8:J
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 m+EtB6r
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!