面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) \3K 6NA!L
ZWMX!>o<
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。
.fcU&t
一、传统过程化设计思想 y8: 0VZox
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: 1!/+~J[#
public class MediaPlayer 992;~lBu
{ XuJwZN!(
private void PlayMp3() ~\dpD
{ d$ Mk
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :NU-C!eT
}
H%7V)"
>`*iM
private void PlayWav() EZ #UdK_
{ qx
3.oU
MessageBox.Show("Play the wav file."); :b>Z|7g ?
} K-wjQ|*1
1=#r$H
public void Play(string audioType) $oE 4q6b
{ dgssX9g37
switch (audioType.ToLower()) $m/-E#I#Z
{ U[d/`
case ("mp3"): FcIH<_r
PlayMp3(); &n<jpMB
break; |Ix6D
case ("wav"): Bir}X
PlayWav(); :w_F<2d0
0
break; !boKrSw
} 9CJUOB>]
} Af=%5%
} cNC\w%
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 .Q"3[
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 OdQ>h$ gZ
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! o0 -e,F>u
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。 E E?v~6"&
二、面向对象设计思想 A`(p6 H"s
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! V$
38
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: *wt yyP@
public class MP3 qh$D;t1=
{ {#QFDA
public void Play() 2`5(XpYe
{ 7tAWPSwf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P@9>4}r$
} ,<hXNN
} )I]E%ut{4,
Tp`)cdcC[
public class WAV $Fz/&;KX!
{ PB>p"[ap4
public void Play() :EgdV
{ CW\o>yh
MessageBox.Show("Play the wav file."); &Wd,l$P<O
} 2?t(%uf]
} e::5|6x
hPr
Public class MediaPlayer #!#V!^ o
{ d\;M F
switch (audioType.ToLower()) dMGu9k~u
{ 3\=8tg p
case ("mp3"): md$[Bs9
MP3 m = new MP3(); nWFp$tJ/R
m.Play(); ';aPoaO %
break; ?P`wLS^;
case ("wav"): vCH>Fj"7
WAV w = new WAV(); 74gU4T
w.Play(); L*FmJ{Yf
break; 4L!{U@'
} `m2F.^qrr
} %J.Rm0FD:
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。 ^ Jnp\o>
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) F!]UaEmV
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。 f~Kln^
public class AudioMedia *\VQ%_wg
{ 9q* sR1
public void Play() /SMp`Q88
{ [Hd^49<P2
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); _9n.ir5YX
} BOwkC;Q[
} ?\vJ8H[bD
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)。 AZl=w`;/O%
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: )_j.0a
public abstract class AudioMedia G Q8I |E
{ EXJ>Z
public abstract void Play(); Nq*\{rb
} ~ S-x-cZ
q,:\i+>K*
public class MP3:AudioMedia P45q}v
{ d=>5%$:v
public override void Play() k(^zhET
{ m7M*)N8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $wN'mY
} (5yg\3Jvp
} 4uNcp0
Ro-Mex2
public class WAV:AudioMedia 8:t-I]dzk
{ -q+Fj;El
public override void Play() 3[V|C=u0
{ E0)v;yRcw
MessageBox.Show("Play the wav file."); B1LnuB%
} L3<XWpv
} 2iH,U
k*-+@U"+
public class MediaPlayer H<NYm#a"
{ Z&.FJZUP
//根据需要完成任务的单向分派 "\>3mVOb
public void Play(AudioMedia media) pnqjATGU
{ {Ua5bSbh
media.Play(); ^
1J;SO|
} '6xn!dK
} @8CD@SDv
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Aga7X@fV(
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 P{}Oe
*9"
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: =vK (-h
public abstract class VideoMedia IsRsjhg8x
{ Ko%rB+d
public abstract void Play(); Wc]Fg9E
} {;-$;\D
3[e@mcO
public class RM:VideoMedia ;ib~c,
{ ?&X6VNbU
public override void Play() 9Q.j
<
{ ~z
aV.3#
MessageBox.Show("Play the rm file."); Yb6\+}th
} mWGT
(`|~/
} 6Edqg
'PO1{&M
public class MPEG:VideoMedia d")r^7
{ ,%jJ
,G,
public override void Play() .9ROa#7U;n
{ t)m4"p7
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); *Z0}0<
D@Z
} 1U9iNki
} -ikuj
`_A?a_[*
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。 BDRVT Y(s
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: 6a7iLQA
!#I/be]
public interface IMedia bDS1'Ce
{ `- \/$M9s=
void Play(); d7&eLLx
} _6k*'aT~FK
Maqf[
Vky
public abstract class AudioMedia:IMedia c=[O
`/f
{ AWjm~D-?
public abstract void Play(); 8`]=C~G
} %+F"QI1~0
Lqp8yVO
public abstract class VideoMedia:IMedia 9M /SH$Qy
{ 5I,gBT|B
public abstract void Play(); J j=;
} teW6;O_
a6h>=uT [
这样再更改MediaPlayer类的代码: ;oxAe<VIj
public class MediaPlayer Ox#Q2W@Uy
{ MzYavg`
public void Play(IMedia media) J@L9p46,
{ {&[9iIf
media.Play(); Fa epDjY8
} axk"^gps
} m))<!3
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 '>k{tPi.
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。 \#rO!z
d
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。 #n
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !>(RK"KWq]
{ 45@]:2j
IMedia media = null; mF09U(ci
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) f&x0@Q/eON
{ =pIy
case ("mp3"): i1oKrRv
media = new MP3(); MDRe(rF=
break; GOSI3RRn
//其它类型略; -#29xRPk
case ("rm"): e9^2,:wLB
media = new RM(); <8#ObdY!
break; @ 2_<,;$
//其它类型略; v8I{XU@%
} ~/IexQB&
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tVqmn
player.Play(media); 3|rn] yZ
} *]x*B@RF
L7mz#CMWf
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 S^cH}-+
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。 0m+8P$)C%
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 p8, 0lo
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 W3Ulewa
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: K`nJVc
public interface IMediaFactory P` '$
{ f]d!hz!
IMedia CreateMedia(); fw{,bJ(U
} 2 Y|D'^
LQ-6vrbs
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: %HSl)zEo>C
public class MP3Factory:IMediaFactory idJh^YD
{ ?Ay3u^X
public IMedia CreateMedia() ~F#A
Pt
{ gvnj&h.GV
return new MP3(); 135vZ:S
} (:Cc3
} PaVO"y]C
//其它工厂略; 4VIg>EL*
agaq`^[(P
public class RMFactory:IMediaFactory 9B)lGLL}q
{ V2yveNz\7
public IMedia CreateMedia() B#tdLv"I
{ KtTza5aF
return new RM(); ?En7_X{C?
} {rPk3
} Q[s2}Z!N;
//其它工厂略; }f}IA\8]
kUHie
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。 lIuXo3
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: i=8UBryr'e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7Qh_8M
{ vF>gU_gz.
IMediaFactory factory = null; k!doIMj
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5
R*lVUix
{ 9bn2UiJk
//音频媒体 \n@V-b
case ("mp3"): e d;"bb
factory = new MP3Factory(); l(Cf7o!
break; b%nkIPA
//视频媒体 S\|^ULrH
case ("rm"): :^G%57NX
factory = new RMFactory(); 0 [i+
break; +a]j[#
//其他类型略; u)7
]1e{
} N?+eWY
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); wsfysat$
player.Play(factory.CreateMedia()); M@O2
WB1ws
} .&chdVcxyS
4zzlazU
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。 u&SZlkf6%
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: 1CiA 8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) k ZK//YN#
{ ~@YQ,\Y
IMediaFactory factory = null; tE:X,Lt[
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) BVAr&cu
{ 6+Jry@
case ("mp3"): P/`m3aSzX.
factory = new MP3Factory(); i7f%^7!
break; M,JA;a, _
//其他类型略; _vIO!*h0
case ("rm"): hBoP=X.~
factory = new RMFactory(); 8{@`kyy|
break; q\U4n[Zk
//其他类型略; n7+aM@G
} *N'hA5.z
IMedia media = factory.CreateMedia(); u0'i!@795
media.Play(); !^1[ s@1
} /B=l,:TnJ
w~{| S7/
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。 0T1ko,C!,e
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。 s<d!+<
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。 &_YtY47
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: WCoF{*
3!bK d2"
<appSettings> +:!ScG*
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> [NZ-WU&&LP
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 0IpST
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> +Tp%5+E
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> S{ey@X(
</appSettings> bk0Y
@?Fx
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: 6I5o2i
private void InitMediaType() L=,Y1nO:p
{ hMz&JJ&B
cbbMediaType.Items.Clear(); ;{]8>`im&4
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) cP,;Qbe
{ @7 )Z
cbbMediaType.Item.Add(key); fMyE}z
} [h^f%
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; (GnVwJ<v9V
} k3C"
'xsbm^n6a&
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *$JB`=Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) H/pcXj
{ E3LBPXK
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); b#Jo Xa9
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); w[e0wh`.
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 'xQna+ %h
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 32s5-.{c/f
factoryDllName).Unwrap(); Y:rJK|m
IMedia media = factory.CreateMedia(); 0GS{F8f~,
media.Play(); gH5CB%)
} 2rF?Q?$,B
V;H
d)v(j
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。 `}[VwQ
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: L7s>su|c(
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Z@;jIH4 (
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!