面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) cbYLU\!
\C^;k%{LV
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。 cLY c6
一、传统过程化设计思想 q my%J
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: 1xE]6he4{T
public class MediaPlayer Mg,:UC:
{ K+=+?~
private void PlayMp3() >wHxmq8F5<
{ 0c^>eq]
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X[gn+6WB%
} &k7;DO
4)>FS'=
private void PlayWav() `(6r3f~XJ
{ -u!FOD/
MessageBox.Show("Play the wav file."); `1OgYs
} 2lKV#9"
A5'NGt
public void Play(string audioType) k67a'pmyJ
{ wa=uUM_4u^
switch (audioType.ToLower()) 3@Z#.FV~C[
{ 7R#+Le)
case ("mp3"): _p-t<ytnh
PlayMp3(); vsWHk7 9
break; E37<"(;
case ("wav"): @+F4YJmB?l
PlayWav(); S [h];eM
break; %ek'~
} A\_ |un%
} +
b$=[nfG
} !o=U19)
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 <s5qy-
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 5]I| DHmu
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! zk*c)s
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 ##Q/I|
二、面向对象设计思想 e!Y0-=?nf#
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! B+C);WQ,
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: (/-hu[:
public class MP3 ae"]\a\&1o
{ :c9U>1`g&
public void Play() 6
5y+Z
{ Y{v(p7pl
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :l7U>~ o
} lv vs%@b>
} ^<e@uNGg
mC?i}+4>4R
public class WAV 'TH15r@
{ 6hZ@;Q=b
public void Play() [gy*`@w
{ T,xPSN2A*
MessageBox.Show("Play the wav file."); kr$b^"Ku
} jdE5~a+
} Hqnxq
c|F[.;cR
Public class MediaPlayer XNQAi (!GS
{ ,QzL)W7
switch (audioType.ToLower()) 7\*FEjRM]
{ wC `+
case ("mp3"): / kt2c[9
MP3 m = new MP3(); Y]]}*8
m.Play(); PP:(EN1
break; pfu1O6R
case ("wav"):
(x^BKnZ
WAV w = new WAV(); FO q1>>a0
w.Play(); c wg
!j!l
break; 9j W2
} ,rJXy_
} !T](Udf
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。 mUS_(0q
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) .h0b~nI>>
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。 &>e-(4Xu
public class AudioMedia 3}|'0(hYL
{ l;y7]DO
public void Play() >.dWjb6t
{ vSi_t
K4
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); WTImRXK4
} K'K2X-E
} TuW %zF/
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)。 rx(2yf
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: N3u((y/
public abstract class AudioMedia >#,G}xf
{ 6#IU*
public abstract void Play(); /axIIfx-
} ui (^k $
0b4R
public class MP3:AudioMedia 1hcjSO
{ )M__
t5L
public override void Play() .U T@p
{ 8]&i-VFof
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q{B}ef
} |9~GM
} H[DUZ,J
>A@Y$.
public class WAV:AudioMedia fN'HE#W1Xa
{ dt2$`X18
public override void Play() (@iMLuewK
{ lNQcYv
MessageBox.Show("Play the wav file."); l}$ U])an#
} "M|zv
} hKzSgYxP=t
tv!_e$CR
public class MediaPlayer a'!zG cT
{
QtvY v!
//根据需要完成任务的单向分派 4)1s M=u
public void Play(AudioMedia media) +la2n(CAK
{ pv&y91
media.Play();
B<C*
} KiJT!moB
} O(+phRwJ
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)。 } :Z#}8
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。 H,N)4;F<c
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: =m5SK5vLKT
public abstract class VideoMedia gn3jy^5
{ Nbp!teH6
public abstract void Play(); ?B:a|0pf
} 'Ysx=
R'S0 zp6
public class RM:VideoMedia i\W/C
{ ` AY_2>7
public override void Play() -eX5z
{ >Wz;ySEz
MessageBox.Show("Play the rm file."); msVOH%wH
} LVJxn2x6
} ,_"AT!r
:O(^w}sle
public class MPEG:VideoMedia ^5=B`aich
{ xhRngHU\z<
public override void Play() To?W?s
{ bT&: fHc
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); AE} )o)B
} {'U
Rz[g
} :>+s0~
;\p KDPr
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。 H"qOSf{
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: Unsogd
|Pg@M
public interface IMedia 92^w8Z.
{ -YsLd 9^4
void Play(); Nj?/J47?,
} qu|B4?Y/CR
.|/~op4;
public abstract class AudioMedia:IMedia "_`F\DGAZu
{ $^@ )
public abstract void Play(); wQRZ"ri,
} L:9F:/G
&LbJT$}V
public abstract class VideoMedia:IMedia !E T~KL!
{ [ :zO}r:
public abstract void Play(); K# Jk _"W
} +Z85HY{
9]e V?yoA8
这样再更改MediaPlayer类的代码: u?9" jX
public class MediaPlayer !%c'$f/
{ .-<k>9S7_
public void Play(IMedia media) IKi5 v~bE
{ mW:!M!kk
media.Play(); 3"O>&Q0c
} U4cY_p?
} z@w Mc
EH
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {c
(!;U
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 f4BnX(1u
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 "I
Ql Vi
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'D@-
{ v$N|"o""
IMedia media = null; @WI2hHD
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &9Xhl''
{ '{(UW.Awo
case ("mp3"): 0pbtH8~
media = new MP3(); ;6!Pwb;hY
break; c_V;DcZ
//其它类型略; :hM/f
case ("rm"): G>q(iF'
media = new RM(); Ud!4"<C_
break;
7[.6axL
//其它类型略; `P9XqWr
} P><o,s"v
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); +-G<c6 |
player.Play(media); wR^ RM(1
} -e8}Pm
"
VH[hsj
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Qm/u h
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。 DoeiW=
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。 0fYj4`4=n
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。 W>O~-2
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: 39=1f6I1
public interface IMediaFactory :duo#w"K
{ =dFv/F/RW
IMedia CreateMedia(); W]nSR RWco
} |<GDUwC_;
VP6ZiQ|
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: yUp,NfS]o
public class MP3Factory:IMediaFactory |M+<m">E
{ rs~wv('
public IMedia CreateMedia() ' Tc]KXD6
{ -UD\;D?$
return new MP3(); oIefw:FE,a
} ;vIrGZV<
} Y_QH&GZ
//其它工厂略; [3!~PR]
d.P\fPSD
public class RMFactory:IMediaFactory u07pq4Ly
{ zA1lca0HK
public IMedia CreateMedia() -*XCxU'
{ nI*v820,
return new RM(); rW0FA
} 'UYR5Y>
} kbMYMx.[
//其它工厂略; Oj^,m.R
]X^rU`":
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。 t8dm)s[r8
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: DuOG {
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |P%DkM*X
{ D&/L:
IMediaFactory factory = null; z5r$M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) TqddOp
{ y8rm
//音频媒体 8A+SjJ4$
case ("mp3"): GO^_=EMR[
factory = new MP3Factory(); Grk@dZI
break; :at$HCaK
//视频媒体 zNIsf"
case ("rm"): 1SR+m>pL
factory = new RMFactory(); r}jGUe}d
break; k0Uyf~p~
//其他类型略; !H}vu]R
} iV eC=^1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); .3MIcj=p
player.Play(factory.CreateMedia()); ,Y>Bex_v
} 7IjQi=#:
)-`;1ca)s
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 >J>b>SU=-
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: yn/rW$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %,k][V
{ ^)W[l!!<)
IMediaFactory factory = null; ()3O=!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) iX4Iu3
{ z~>pVs
case ("mp3"): |K|h+fgG6*
factory = new MP3Factory(); g'|MA~4yB
break; _`pD`7:aI^
//其他类型略; H[='~%D
case ("rm"): @!8ZPiW<
factory = new RMFactory(); &[;HYgp
break; 6A=8+R'`F
//其他类型略; #2EI\E&$
} txPIG/
IMedia media = factory.CreateMedia(); ]TyisaT
media.Play(); &JtV'@>v
} ^tCd L@$AS
]C:l,I
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 <&:=z?30"
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 h`H,a7
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 +fnK/%b
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: V.{H9n]IO
rrCNo^W1
<appSettings> wW/7F;54
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> P:N1#|g
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 0s>/mh;
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> |a#f\
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;Yg{zhJX~
</appSettings> U_{Ux2
<!pvqNApg
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: <bD>m[8,
private void InitMediaType() EVNY*&p
{ L^{|uP15N
cbbMediaType.Items.Clear(); PtTH PAKj
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5=1^T@~#&
{ D2,z)O%VK
cbbMediaType.Item.Add(key); wWp(yvz
} =lVK IW
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +|ycvHd
} _BDK`D
MXyaE~LK
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: hsw9(D>jp
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Bk+{RN(w
{ <$hu
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); (k|_J42[
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ? mhs$g>
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; p}<w#p
|
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, EKzAd
factoryDllName).Unwrap(); nw6+.pOy
IMedia media = factory.CreateMedia(); shMSN]S_x
media.Play(); A<B=f<N3gV
} 7k( Kq5w.
t&(PN%icD
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。 gy;+_'.j
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: :Pv*,qHE
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 +d%L\^?F
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!