面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) lub(chCE[
ZS0=xS5q)
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。 L&$ X\\Lv^
一、传统过程化设计思想 $\kqh$")
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: 4fPbwiKj
public class MediaPlayer = h,6/cs
{ +]^6&MqO
private void PlayMp3() Pt~mpRlH
{ s@^(1g[w`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); f/t1@d!
} 2P9gS[Ub
'\qd{mM\r
private void PlayWav() Vb>!;C
{ dI'cZt~n
MessageBox.Show("Play the wav file."); l:v:f@M&
} G}1?lO_d`
hA1\+r
public void Play(string audioType) {2<A\nW
{ OQ&?^S`8',
switch (audioType.ToLower()) fC>3{@h}*
{ f`w$KVZ1!w
case ("mp3"): 1"J\iwN3
PlayMp3(); Hn"xn79nc
break; __HPwOCG7
case ("wav"): ))"J
PlayWav(); s[h& Uv"G
break; 2 2K:[K
} DJ?kQ
} 8s6~l.v
} r8\"'4B1
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 fx@Hd!nO~"
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 P$z8TDCH
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! 6'6"Ogu%'
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。 5~Vra@iab:
二、面向对象设计思想 "Sp+Q&2U
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! | k"?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: k,o|"9H
public class MP3 CAg\-*P|
{ 1<#J[$V
public void Play() bp G`,[
{ b#%s!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @i`*i@g
} ~IvAnwQ'
} $Lpt2:.((
kfaRN^
public class WAV o~7~S
{ (=:9pbP
public void Play() jUjgxP*7m
{ Kn~f$1
MessageBox.Show("Play the wav file."); b e[KNrO
} ~ _C[~-
} 90OSe{
t,#9i#q#
Public class MediaPlayer e(7F| G*
{ # Vz9j
switch (audioType.ToLower()) rjzRZ
{ GKf,1kns
case ("mp3"): k(|D0%#b7
MP3 m = new MP3(); 69{^Vfd;Y
m.Play(); JjarMJr|D
break;
nb}* IExd
case ("wav"): p9w<|ZQ]:
WAV w = new WAV(); llVm[7
w.Play(); E!.>*`)?.
break; nO^aZmSu
} FoY_5/
} "N'tmzifh
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 f\CJ |tKX
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) a4HUP*
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 }RX[J0Prq~
public class AudioMedia L&3Ak}sh
{ &Rw4ub3
public void Play() ql,k 5.l
{ (.~#bl
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *FoH'\=
} 5o;M
} ZMO7o 1"
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 qW8sJ=
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: h3rdqx1
public abstract class AudioMedia 5Ug.J{d
{ 5~&9/ALk5
public abstract void Play(); 61e)SIRz9I
} JvFd2@
LQT^1|nq
public class MP3:AudioMedia 7b7~D +b
{ _t[RHrs
public override void Play() f7B)iI!
{ ]A oRK=aH
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); v'`VyXetl
} 1}1.5[4d
} -#Xo^-&
'0QrM,B9
public class WAV:AudioMedia dg[&5D1Q
{ o'Q"
public override void Play()
Q)eYJP=W
{ 'p3JYRT$
MessageBox.Show("Play the wav file."); R5M/Ho 4
} K|Sh
} ,l-tLc
kSJWXNC
public class MediaPlayer &%M!!28X:
{ ];& @T\Rj
//根据需要完成任务的单向分派 Jq0aDf
f
public void Play(AudioMedia media) H4C ]%Q
{ +]I7]
media.Play(); ;&mefaFlWp
} zu8
} wc?`QX}I
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)。 .Cq'D.
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。 '1'#,u!
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: W Z'UVUi8
public abstract class VideoMedia \\Ps*HN
{ #R2wt7vE
public abstract void Play(); )+;Xfftz
} W"j&':xD
JC|j*x(k/
public class RM:VideoMedia W&E?#=*X
{ t>nx#ErS
public override void Play() 9<qAf`
{ [n%=2*1p
MessageBox.Show("Play the rm file."); J~.8.]gXW
} DIrQ5C
} quXL'g
VX+:k.}
public class MPEG:VideoMedia f(}?Sp_
{ Mr/;$O{
public override void Play() X2CpA;#;7l
{ ~mAv)JK
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); vjNP
} PVfky@wl"
} AQAZ+g(IK
v|DgRPY
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 y8oqCe)
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: zfS0M
N]yh8"7X
public interface IMedia Jz"Yb
{ 0\W6X;?
void Play(); A7U]wW9
}
g!/O)X3
Ife/:v
public abstract class AudioMedia:IMedia D==C"}J
{ 6ZvGD}/
public abstract void Play(); v#/k`x\
} l1_hD,4
{lv@V*_Y0
public abstract class VideoMedia:IMedia jU~q~e7Te
{ ,O`a_b]
public abstract void Play(); KK-}&N8
} )DR/Xu;b
<L!9as]w
这样再更改MediaPlayer类的代码: d@d\9*mn
public class MediaPlayer },r9f MJ
{ _x+)Tv
public void Play(IMedia media) ;ZOu-B]q
{
xWC*DKV
media.Play(); `MD%VHQ9U
} +!"GYPUXy
} 0oT~6BGm
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 a!?JVhD&
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 0Y|"Bo9k
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 tfz"9PV80
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,,}&
Q%5
{ l~mC$>f
IMedia media = null; eMHBY6<~=
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $U*b;'o
{ (U`<r-n\n
case ("mp3"): j Wpm"C
media = new MP3(); Vt4KG+zm
break; G;jX@XqZ
//其它类型略; -l(G"]tRB
case ("rm"): i#4}xvi
media = new RM(); l% \p
break; $I*<gn9
//其它类型略; w20)~&LE-
} 1n3XB+*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); g"}j
player.Play(media); 9-ei#|Vnt[
} c_~tCKAZ
kleE\8_
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |K.J@zW
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 s~i73Qk/
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 @IE.@1
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 p;xMudM
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: DH9p1)L'
public interface IMediaFactory _&SST)Y|
{ A>9IE(C_
IMedia CreateMedia(); >;s!X(6b
} u{J\X$]
zg}#X6\G<_
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: v#^ _|
public class MP3Factory:IMediaFactory 'QOV! D
{ Z [Q jl*
public IMedia CreateMedia() 3[*x'"Q;H
{ %(}%#-X
return new MP3(); )B$Uo,1
} X$A[~v
} 8"=E0(m
//其它工厂略; ?B{,%2+
P*!~Z*"
public class RMFactory:IMediaFactory 9O4\DRe5c
{ zk m#w
public IMedia CreateMedia() -`cNRd0n
{ Z,_EhEm
return new RM(); Y 8Dn&W
} nvInq2T1
} ,R$U(,>_0
//其它工厂略; =v !'?
GeFu_7u!|
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 U-.A+#<IT9
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: N2uTWT>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |-Q="7b%
{ k*ZYT6Z?
IMediaFactory factory = null; fG"4\A
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) kN g{
{
[1Q:
//音频媒体 AMe_D
case ("mp3"): jJ7 "9
factory = new MP3Factory(); SdXAL
break; Ue&I]/?;$
//视频媒体 |Duf
3u
case ("rm"): EUmbNV0u
factory = new RMFactory(); -~NjZ=vPh
break; j
V'~>
//其他类型略; 3kW%,d*_
} (nnIRN<}$
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /4>|6l=
player.Play(factory.CreateMedia()); t~V?p'a0ys
} p?,T%G+gqO
~Q2,~9Dkc
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。 &`B
Tw1u
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: F* _ytL
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OV`#/QL
{ A3A"^f$$
IMediaFactory factory = null; ]]6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ou5,7Ne
{ ^$;5ZkQy
case ("mp3"): =SK{|fBB
factory = new MP3Factory(); YPmgR]=6
break; W@WKdaJ
//其他类型略; bnxR)b~
case ("rm"): +"3K)9H
factory = new RMFactory(); qwvch^?>FQ
break; PbIir=
//其他类型略; </li<1
} s-e<&*D[
IMedia media = factory.CreateMedia(); VI;)VJbq
media.Play(); EViDMp"
} .]LP327u
wh#x`Nc
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 MB"<^ZX
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 V~4yS4
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 *GC9o/
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: .ZVo0
sSsRn*LN-:
<appSettings> a3B^RbDP&8
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> m ol|E={si
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 9D H}6fO
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> R zn%!d^$>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !^IAn
</appSettings> x`Ik747^v
o]WG8Mo-
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: X@^"@
private void InitMediaType() N6uKFQL:{
{ VN
>X/
cbbMediaType.Items.Clear(); Z:Nm9m
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) k(R&`
{ 3sz?49tX
cbbMediaType.Item.Add(key); &DX
} i4\m/&of3y
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; [8rl{~9E
} X.)D"+xnH
tRmH6
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ^<v]x;
3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S1E=EVG
{ V"W)u#4,
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); *S\/l-D
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); :'K%&e?7s
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; $#HUxwx4
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, J/ZC<dkYQ
factoryDllName).Unwrap(); I>%@[h,+
IMedia media = factory.CreateMedia(); {GKq Ou
media.Play(); rEY5,'?YHv
} Fa9gr/.F,@
Nh+ZSV4WJ:
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。 +I_p\/J?w/
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: S#f}mb0,
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 8L,i}hIo.
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!