面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ccRk4xR
'=b&)HbeK
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。 5WJkeG ba
一、传统过程化设计思想 yoY)6cn@
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: >)A
public class MediaPlayer YTPmS\ H _
{ v|RaB
private void PlayMp3() K<w5[E9V.
{ 75}u
D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); g~H?l3v
} ;Kq?*H
PRlo"kN
private void PlayWav() qf=[*ZY
{ lg
MessageBox.Show("Play the wav file."); geN%rD
} Mh.eAM8 _
Xsn - +e
public void Play(string audioType) '*ICGKoT
{ ~ kJpB t7M
switch (audioType.ToLower()) =+=|{l?F
{
Y*}>tD;
case ("mp3"): [k=9 +0p
PlayMp3(); :(p
rx
break; 8=o(nFJw
case ("wav"): <r`Jn49
PlayWav(); 5a_!&
break; :RO:k|g
} ![!b^:f
} q.QYn.CBZz
} v
4b`19}
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。 a[cH@7W.#
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。 GXK?7S0H
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!
q8bS@\i
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。 [f(^vlK
二、面向对象设计思想 ;f^jB;\<
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! vm^# aoDB
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)}(e6y
public class MP3 /0B?3&H
{ )-"L4TC)
public void Play() 3}1+"? s
{ 0_pwY=P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Qu\l$/
} t6e-~
} jtr=8OiL
1CVaGD^r{
public class WAV 3 v$4LY
{ 2`U&,,-Mf
public void Play() #p`7gFl
{ ]~Qk g+>'&
MessageBox.Show("Play the wav file."); [te7uZv-
} 1H
6Wrik
} 9cj-v}5j
cS7!,XC
Public class MediaPlayer B9:0|i!!A`
{ v>!}cB/6
switch (audioType.ToLower()) PW4Wn`u
{ Li^!OHro.
case ("mp3"): @il}0
MP3 m = new MP3();
@+#p:sE
m.Play(); %~2m$#)
break; D} 3fx[
case ("wav"): 6Ymk8.PF
WAV w = new WAV(); p'} %pAY
w.Play(); NmF2E+'
break; :+!b8[?Z
} 4O^1gw
} Nq6CvDXi
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。 FQ)Ekss~C
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ttVSgKAsm
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。 W%cPX0
public class AudioMedia ^
s4|
{ ]#.# ]}=
public void Play() ;f~'7RKy!G
{ L1i> %5:g
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); iL1so+di
} #
t
Ki6u
} 0eP~F2<bC
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)。 z\
pT+9&
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: +JG"eh&J"H
public abstract class AudioMedia /[5up
{ rID]!7~
public abstract void Play(); V=~dgy~@
} 'WCTjTob/
Y))sk-
public class MP3:AudioMedia )wd~639U
{ Y,~]ecI
public override void Play() s.
[${S6O
{ < *OF
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
j"s(?
} w2[R&hJ
} ~O$]y5
iwJgU
b
public class WAV:AudioMedia 8<!9mgh
{ m=V2xoMw6
public override void Play() sNVD"M,
{ a mgex$
MessageBox.Show("Play the wav file."); _Hk`e}}
} n0q(EQy1U
} zu%pr95U
C@i g3fhV
public class MediaPlayer ppjrm
{ 1S:H!h3
//根据需要完成任务的单向分派 QCw<* Id+
public void Play(AudioMedia media) PV2904
{ m>_'f{&u
media.Play(); tEj5WEnNE8
} }I]q$3.
} HZ3<}`P_W
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 B?'ti{p
A9
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Z#04 ]
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ZlzFmNe60
public abstract class VideoMedia [>86i
{ , +^db)
public abstract void Play(); /2@@v|QL
} f
WXzK<
jg(A_V
public class RM:VideoMedia JiR|+6"7
{ K]l)z* I
public override void Play() \!3='~2:=o
{ b+>godTi_
MessageBox.Show("Play the rm file."); mVLGQlvVK
} pif gt
} ITV}f#
DI\sq8J^
public class MPEG:VideoMedia Tp7?:YY|
{ p=zm_+=
public override void Play() s5HbuyR^
{ q,GL#L
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); z$NLFJvy_-
} u(R`}C?P'
} e+mD$(h
vuf|2!kh/
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。 w#XJ!f6*_9
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: !`gg$9
KB^IGF
public interface IMedia "'Q:%_;
{ 2+.m44>Ti
void Play(); B06/mKZ7
} ":Q^/;D}U
- M]C-$
public abstract class AudioMedia:IMedia ])`F$S
{ seq$]
public abstract void Play(); ~BC5no
} ]q j%6tz
G>Q{[m$
public abstract class VideoMedia:IMedia p82qFzq#
{ Wg[`H=)Q
public abstract void Play(); ,oCr6 ]
} VioVtP0
\h-[u%
这样再更改MediaPlayer类的代码: Y9WH%
public class MediaPlayer [#_ceg1G
{ K"pfp !Y
public void Play(IMedia media) -+L1Hid.7
{
G~JQcJFj
media.Play(); $j:0*Z=>
}
>4Lb+]
} ,=mn*
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 j_}e%,}
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。 /4|qfF3
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。 ~&pk</Dl
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) . "R
2^`
{ Cc^t&Eg
IMedia media = null; b;yhgdFx
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ''Hq-Ng
{ ?0.+DB
$
case ("mp3"): s:jwwE2
media = new MP3(); y]Y)?])
break; zn M"P|A
//其它类型略; K1Tzy=Z9j
case ("rm"): ?D.]c;PR
media = new RM(); ^xq%P2s0
break; rO-Tr
//其它类型略; DzYno-]A]
} a9"Gg}h\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Tkd4nRo~
player.Play(media); l_8t[
} 'Ct+0X:D
Abj`0\
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [p]Ayo$~
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 MOj 0"x)
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ?^yZVmAo]
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 2qN6{+]
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: [E=t{&t
public interface IMediaFactory r:u5+A
{ %N!Y}$y
IMedia CreateMedia(); -8-Aqh8|
} 5H<r I?
LaLA}1!
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: ?bbguwo~F
public class MP3Factory:IMediaFactory /9[nogP
{ JK,k@RE y]
public IMedia CreateMedia() gvz&ppcG
{
pO"V9[p]
return new MP3(); Pj+XKDV]T
} vK|dP3
} 8TuOf(qE
//其它工厂略; Xmtq~}K>
Nn%{Ka
public class RMFactory:IMediaFactory [
h%ci3
{ @
j'I
public IMedia CreateMedia() [Q)lJTs
{ #SQFI;zj
return new RM(); M@
mCBcbN
} VTD'D+t
} DUa`8cE}
//其它工厂略; yay{lP}b"
J5IQ
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。 l 4(-yWC$H
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 9QZ;F4 r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oc>,5 x
{ g3j@o/Y
IMediaFactory factory = null; i9W@$I,f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) WG<D+P
{ NfKi,^O
//音频媒体 KUZ'$oKg
case ("mp3"): -cEjB%Neo
factory = new MP3Factory(); u|APx8?"o
break; p)d'yj
//视频媒体 H7*/
case ("rm"): eZT923tD
factory = new RMFactory(); HBeOK
break; Bxak[>/
//其他类型略; p-r}zc9@
} Kp8!^os
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L<*wzl2Go
player.Play(factory.CreateMedia()); wF[^?K '
} 3\G&fb|?}R
4 mPCAA7
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 4Rp2
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5
J61PuH
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~M2w&g;1
{ u-yQP@^H
IMediaFactory factory = null; zuwCN.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \XhzaM
{ v|"Nx42
case ("mp3"): T[;O K
factory = new MP3Factory(); TnCN2#BO
break; ?,O{,2}
//其他类型略; mn)kd
case ("rm"): -!k"*P
factory = new RMFactory(); V)oUSHillH
break; /T!S)FD\/v
//其他类型略; f^Lw3|rq4
} DI"mi1ObE
IMedia media = factory.CreateMedia(); 1zl6Rwk^o
media.Play(); EQET:a:g
} 2r^|
49E<`f0
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 {Ug?k<h7|
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 !g-|@W
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 H~^am
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件:
MD%_Z/NL
k,LeBCqGcb
<appSettings> `B}(Ln
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> qCi6kEr
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3i/$YX5@
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> DBI[OG9
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> DDsU6RyN
</appSettings> mzLDZ#=b
T\55uQ
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: }SR}ET&z
private void InitMediaType() hiZE8?0+~N
{ 9
,=7Uh#7
cbbMediaType.Items.Clear(); %6}S1fuA
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) vr+O)/P})
{ ^p?O1qTg
cbbMediaType.Item.Add(key); *,A?lX,9A
} `j{q$Y=AG
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; y w)q3zC
} })rJU/
U ?P5cN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: wg\*FfQn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {p&LwTnf
{ [XK Ke
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 'yu M=Pb
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ^tc2?T
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; o7'
cC?u
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, `OO=^.-u
factoryDllName).Unwrap(); ?&W1lYY
IMedia media = factory.CreateMedia(); L8("1_
media.Play(); ;O5p>o
} !_P;4E
L5=Tj4`
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。 Ao~ZK[u
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: ;`Eie2y{M
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 28J
;9
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!