面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) X^9_'T9
&r DOqj
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。 Os@ofnC
一、传统过程化设计思想 wqE ]o=
k
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: l*'jqR')h^
public class MediaPlayer 9KXp0Q?-$
{ tk}qvW.Ii
private void PlayMp3() \~y>aYy
{ Y60ld7H
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); v
l{hE~
} '`[nt25N
zq4mT;rqz
private void PlayWav() &.(ZO]
{ /B1<N}
MessageBox.Show("Play the wav file."); 4eaC18?
} VIi|:k
Xx?Jt
public void Play(string audioType) C(,s_Ks
{ 8zVXQ!'
switch (audioType.ToLower()) u3k+Xg:
{ $AsM 9D<BE
case ("mp3"): #v(+3Hp
PlayMp3(); '{:(4>&
break; I}k!i+Yl
case ("wav"): 6f1;4Jfp
PlayWav(); g_n=vO('X
break; j./bVmd.
} M
$e~Rlw
} *Z/B\nb
} 9m6w.:S
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 #Wc)wL-Tg
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 3`e1:`Hu
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Ip2JzE
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 {L4^IKI
二、面向对象设计思想 i:[B#|%
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! KqtI^qC8
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: C)ChF`Ru':
public class MP3 1m![;Pg3
{ Hss{Sb(
public void Play() np>*O }r*
{ 9f"6Jw@F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); nK96A.B%p
} xMuy[)b
} }'X}!_9w>
-#Wc@\;
public class WAV m=}kGzIY4
{ z$YOV"N
public void Play() igo7F@_,
{ &<> A
MessageBox.Show("Play the wav file."); !*\^-uvaK
} _* `AGda
} m[8#h(s*t
TLV)mCZ
Public class MediaPlayer |ow hF
{ }5S2v+zE
switch (audioType.ToLower()) ER|5_
{ ?=T&|pp
case ("mp3"): )1i)I?m
MP3 m = new MP3(); IM@Qe|5
m.Play(); k1cBMDSokO
break; DV.MvFV
case ("wav"): 8t7hN?,t
WAV w = new WAV(); yT,UM^'
w.Play(); $zbg
break; U$J]^-AS
} MR~BWH?@ 1
} 0GG;o[<
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。 zzx4;C",u
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9wwvh'T&NK
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。 ~KNxAxyVi
public class AudioMedia R.fRQ>rI
{ %8-S>'g'
public void Play() jQdfFR
{ bEE:6)]G
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); fU8;CZnx
} TRiB|b]8Q#
} 5eU/ [F9
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)。 N ;hq
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: - Z|1@s&
public abstract class AudioMedia 61KJ(
rSX3
{ :G`_IB\
public abstract void Play(); 1,mf]7k$
} Jw^+t)t
X >**M
public class MP3:AudioMedia *83+!DV|
{ 1ERz:\
public override void Play() WGO=@jkf
{ AsLAm#zq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9X(bByEO
} qd.b&i
} O{4m-;
} 6KL
public class WAV:AudioMedia Fivv#4YO
{ Vr^wesT\Hx
public override void Play() 5M(?_qj
{ SAoqq
MessageBox.Show("Play the wav file."); (I+-wki"e
} J^W.TM&q$,
} ,aN/``j=
<O*q;&9
public class MediaPlayer I?PKc'b
{ J+;.t&5R
//根据需要完成任务的单向分派 + ]__zm/^
public void Play(AudioMedia media) "au"\}
{ OUs2)H61
media.Play(); o#T,vu0s
} *=I#VN*_<.
} V^0*S=N
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 vxwctJ&
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 D( _aXy
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ^fx9R5E$:
public abstract class VideoMedia Y,8M[UIK
{ *s!8BwiE
public abstract void Play(); Q~]R#S
} 5~sJ$5<,
eg}|%GG
public class RM:VideoMedia c_".+Fa
{ +(<CE#bb[
public override void Play() |e9}G,1
{ m xWaXb
MessageBox.Show("Play the rm file."); D8h~?phK
} n,0}K+}
} @^P=jXi<
#v v
k7
public class MPEG:VideoMedia 4];NX
{ q<7Nz]Td
public override void Play() vI+PL(T@
{ d8x$NW-s
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); O}D]G%,m
} OaZ~
} nmgW>U0jZh
yEz2F3[ S
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。 $GYy[-.`
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ]{y ';MZ
#-kyZ
public interface IMedia ;hKn$' '
{ ,{.&xJ$
void Play(); R{*p\;
} 8Mp
xR%CS`0R
public abstract class AudioMedia:IMedia u] oS91
{ *D\nsJ*g
public abstract void Play(); Ak1f*HGl|
} 4BCZ~_
M"P$hb'F
public abstract class VideoMedia:IMedia M
r@M~ -
{ u{\`*dNx
public abstract void Play(); zKI(yC
} xxedezNko
PPmZ[N9(;
这样再更改MediaPlayer类的代码: V6Q[Y>84~a
public class MediaPlayer .Wb),
{ mWigy`V^~
public void Play(IMedia media) 3nG(z>
{ tnTr&o#
media.Play(); gzuM>lf*{
} ]P 2M
} $YW z~^f
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 PAqziq.
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。 578Dl(I#)
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。 ZL@7Mr!e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2sf/^XC1
{ $<T)_g
IMedia media = null; ^&.F!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) C~:aol i;
{ 6g<JPc
case ("mp3"): lM?P8#3
media = new MP3(); eyy&JjVs
break; B-Fu/n
//其它类型略; mWO=(}Fb\
case ("rm"): -BB 5bsjA
media = new RM(); t6j(9[gGq
break; D?9=q
//其它类型略; Oa*/jZjr
} bu\,2t}B
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :vc[ iZ
player.Play(media); VP|9Cm=Fg
} kigc+R
)%)?M
*
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ;)UZT^f`)K
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。 eZf-i1lJ
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。 G&:YgwG
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。 3~M8.{
U#V
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: 2\m+
public interface IMediaFactory B< 6*Ktc
{ UD"e:O_
IMedia CreateMedia(); ~Ge-7^Fo7
} $(C71M|CT
BYwG\2?~
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: wGw}a[a
public class MP3Factory:IMediaFactory %#"uK:(N
{ eK`n5Z&Y\
public IMedia CreateMedia() y8
`H*s@
{ AvhmN5O=
return new MP3(); {Uu7 @1@n
} zYF'XB]4
} |9}G
//其它工厂略; %!x\|@C
6\'v_A
O
public class RMFactory:IMediaFactory K2)),_,@5+
{ pH)V:BmJ
public IMedia CreateMedia() KXYq|w
{ QNn$`Qz.
return new RM(); +-HaYB|p
} UB?a-jGZK
} "jb?P$
//其它工厂略; FWPkvL
oDA1#-
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。 t5[{ihv~:
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: YdIV_&-W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~9 K4]5K-
{ qH"e:
wgL
IMediaFactory factory = null; 5LXK#+Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3u-j`7
{ o^_z+JFwb
//音频媒体
03_tt7
case ("mp3"): [+>$'Du
factory = new MP3Factory(); BDc*N]m}B1
break; ~M,nCG^4
//视频媒体 c~z{/L
case ("rm"): %p@A8'b
factory = new RMFactory(); 8tLkJOu
break; Gz$DsaG
//其他类型略; wGAN"K:e
} eDIjcZ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); d\xh>o
player.Play(factory.CreateMedia()); L}x"U9'C
} LWf+H 4iZ}
"'dt"x)
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。 :^! wQ""
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: L@0DT&5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a+,)rY9
{ KZ;U6TBiB
IMediaFactory factory = null; D",ZrwyJ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) o^7}H{AE
{ z2S53^C*
case ("mp3"): )vhHlZ *+
factory = new MP3Factory(); *#dXW\8qu
break; ogDyrY}]
//其他类型略; NCl$vc;,
case ("rm"): ]%F3 xzOk
factory = new RMFactory(); }JAg<qy}
break; !j(v-pQf"
//其他类型略; ]p@7[8}
} 6e/ 2X<O
IMedia media = factory.CreateMedia(); vQYd!DSh
media.Play(); 9:4P7
} w,9$*=k
x-(?^g
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。 yz,ak+wp
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。 Z'PL?;&+R
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。 s%;18V:pi
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: $Ob]JAf}
.KTDQA\
<appSettings> *+lnAxRa?
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> NNb17=q_v
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> XOVZ'V
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ,Ix7Yg[
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> +#,t
</appSettings> ,5H$Tm,6\S
_N0x&9S$
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: E^T/Qu
private void InitMediaType() ;m{[9i`2
{ )6^b\`
cbbMediaType.Items.Clear(); 1K4LEga`
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) (a@cK,
{ @N1ta-D#
cbbMediaType.Item.Add(key); \d]&}`'4{f
} 24>{T5E
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; !\RR UH*
} Cf2rRH
mWta B>f
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: N{L ]H_=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %[&cy'
{ V]`V3cy1+3
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _Ev"/%
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); J+w"{ O
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
Js'COO
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, /Y|9!{.
factoryDllName).Unwrap(); ir3iW*5k
IMedia media = factory.CreateMedia(); %t:1)]2
media.Play(); |#f
P8OK
} DZ(e^vq
!A&Vg #
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。 HC+(FymV
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: LHR%dt|M
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 *M6M'>Tin
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!