面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) G9jtL$}E<
dJk.J9Z
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 xYbF76B
一、传统过程化设计思想 BTB,a$P/
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: JkTL+obu
public class MediaPlayer rz(DZV
{ d{Z
private void PlayMp3() 3JwmLGj}
{ mT;z `*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :gmVX}
} y9 "!ys
zPn8>J<.0Q
private void PlayWav() zT@vji%Y
{ mYZH]oo
MessageBox.Show("Play the wav file."); U<t Qj`
} 0>vm&W<?)
ke0Vy(3t{h
public void Play(string audioType) 1mf_1spB
{ fE >FT9c
switch (audioType.ToLower()) &A>J>b
{ -1[ri8t;nV
case ("mp3"): `ainJs:B
PlayMp3(); i^yQ;
2-
break; w] VvH"?
case ("wav"): OF)X(bi4j
PlayWav(); fYpy5vc-dm
break; q^gd1K<N
} 8I*fPf
} x\lua
} &"=inkh
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。 v+Hu=RZE
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。 r*$KF!-dg
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! k5^'b#v
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 w1.~N`g$
二、面向对象设计思想 |@ia(U~
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! NWFZ:h@v
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: ~Oolm_+{}
public class MP3 '8Yx
{ fV3J:^)F
public void Play() 27)$;1MT:
{ l-5-Tf&j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K}6}Opr,Tt
} 0&<{o!>k
} kj>XKZL10
?P}7AF
A(W
public class WAV Q16RDQ*
{ lgU7jn
public void Play() dz?:)5>I
{ zg]9~i8
MessageBox.Show("Play the wav file."); 'EXp[*
} )V3G~p=0
} 9+pnpaZB0
B<i1UJ5
Public class MediaPlayer =r`>tWs
{ X)\t=><<
switch (audioType.ToLower()) *5wb8[
{ S#jE1EN
case ("mp3"): 9n1O@~
MP3 m = new MP3(); V<1dA\I"
m.Play(); M}HGFN
break; xHHG|
u
case ("wav"): U4%P0}q/
WAV w = new WAV(); T<!TmG
w.Play(); J-=&B5"O>
break; azN<]u@.
} LFtnSB8
} [<6ez;2q'
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ~Xa >;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ~zi&u46
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 w<>B4m\
public class AudioMedia Xq9%{'9
{ fy7]I?vm@
public void Play() 1_%3cN.
{ Rzw}W7zg[
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ~|riFp=J
} 0&zp9(G5
} -K PbA`j+
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 =ayl~"bW
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: lRn>/7sg$
public abstract class AudioMedia b16\2%Ea1
{ zK?[6n89f
public abstract void Play(); kz]qk15w
} %-> X$,Q
:
K-#v5_*
public class MP3:AudioMedia pf[bOjtR
{ aR+vY1d"
public override void Play() 8H;yrNL
{ tK1P7pbC8r
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j%0D:jOY]
} PU[]
Nw
} 3(jI
cJGU~\
public class WAV:AudioMedia bvi
Y.G3
{ A(ql}cr
public override void Play() *}Vg]3$4
{ ?$%#y u#.
MessageBox.Show("Play the wav file."); o^H.uBO{
} Dhv ^}m@
} s@V4ny9x
~Cm_=[
public class MediaPlayer /U+0T>(HS
{ K<6)SL4
//根据需要完成任务的单向分派 0.qnbDw_
public void Play(AudioMedia media) ZDMS:w.'T
{ &i$p5
media.Play(); LS
<\%A}
} m?0caLw<
} vjmNS=l
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 TZ3"u@ 06
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。
YH@p\#Y
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: <BEM`2B
public abstract class VideoMedia /{|JQ'gqX
{ ZuH@qq\
public abstract void Play(); V\vt!wBcB
} IZn|1X?}\s
0M-=3T
public class RM:VideoMedia 7a\at)q/y
{ )lwxFP;
public override void Play() [2ez"4e
{ tFn_{fCc>
MessageBox.Show("Play the rm file."); 4zzJ5,S1
} gLy1*k4
} }fU"s"
Lk#8G>U
public class MPEG:VideoMedia "V'<dn
{ e#BxlC
public override void Play() EIug)S~
{ Xw)W6H|
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); C;>!SRCp
} _X;xW#go
} %m)vQ\Vtx
'(fQtQ%
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 'ioX,KD
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: m#|;?z
/fgy07T
public interface IMedia 2Kwr=t
{ !-B$WAV
void Play(); 29z$z$l4
} 5d|hP4fEc
fkk&pu
public abstract class AudioMedia:IMedia 1K\zamBg
{ #l 7(WG
public abstract void Play(); !A":L0[7n
} <Ukeq0
P.#@1_:gC
public abstract class VideoMedia:IMedia jEu-CU#:
{ h\-3Y U
public abstract void Play(); ((Uw[8#2`
} SJ*qgI?}T
\l-JU
这样再更改MediaPlayer类的代码: ;T hn C>U
public class MediaPlayer B5v5D[ o5
{ @5}(Y( @
public void Play(IMedia media) $/J4?Wik
{ ;x,yGb`
media.Play(); ^J~5k,7jX
} Iw;i ".
} Be;l!]i
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Y+)qb);
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。 NWue;u^
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。 L
NS O]\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #V9do>Cu%
{ $&Lw 2 c0
IMedia media = null; <]Btx;}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) B}fd#dr
{ \$+#7( K
case ("mp3"): _*wkTI+j
media = new MP3(); /`s{!t#Y
break; #n_t5 O[
//其它类型略; adY ,Nz
case ("rm"): %_(Xn
media = new RM(); ;.+C
break; ,Jrm85oG
//其它类型略; C[R|@9NI
} )6b`1o!7
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 0g'MFS
player.Play(media); 6qR5A+|;
} GahIR9_2
>1BDt:G36
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 bt=z6*C>A
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 VPvQ]}g6k
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 0JE*|CtK
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 .k!<Oqa
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: U{52bH<
public interface IMediaFactory AB+HyZ*//
{ \ lW*.<
IMedia CreateMedia(); ?Gx-q+H
} U+G8Hs/y
ovk^
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: M#}k@
;L3
public class MP3Factory:IMediaFactory T&ib]LmR
{ [hJASX9
public IMedia CreateMedia() b
Bkg/p]
{ n,#o6ali>
return new MP3(); m^$KDrkD
} K |^OnM
} p'4ZcCW?f
//其它工厂略; |-9##0H
9}T(m(WQVu
public class RMFactory:IMediaFactory }xJ!0<Bs
{ ~--b#o{
public IMedia CreateMedia() 6
m%/3>q
{ *#.Ku(C+
return new RM(); 9]gV#uF
} #X"fm1
} 8a;;MJ)
//其它工厂略; .R^q$U~v3
.A F94OlE/
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 +WE<S)z<
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: th|'t}bWV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &[t} /+)
{ )1/J5DI @8
IMediaFactory factory = null; QfV:&b`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) %Vb~}sT:
{ N
o_$!)J.
//音频媒体 ;o_V!<$
case ("mp3"): gI^L
9jE7
factory = new MP3Factory(); (DG@<K,6
break; \f /!
//视频媒体 M|[@znzR<
case ("rm"): #7-kL7 MK]
factory = new RMFactory(); \8>
break; 0\EpH[m}-
//其他类型略; k%Ma4_Z
} T1Gp$l
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); GCP{Z]u
player.Play(factory.CreateMedia()); _uO!N(k.
} daA47`+d
P|e:+G7
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。 rR,+G%[(=4
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=-uDtQ<N
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .Ca"$2
{ "}'8`k+d
IMediaFactory factory = null; g+>=C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;gxN@%}@
{ xZ.~:V03\t
case ("mp3"): W9&0k+#^
factory = new MP3Factory(); 93E,
break; 7]/dg*A )C
//其他类型略; K9e~Wl<3
case ("rm"): 2YE;m&
factory = new RMFactory(); 4T-,'P{?
break; KMxNH,5
//其他类型略; tF{{cd
} WW,r9D:/
IMedia media = factory.CreateMedia(); Q#d+IIR0gK
media.Play(); x`/m>~_
} z|oA{VxW>
<yX@@8
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 q(w1VcLZ
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 7%~VOB
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Bh.6:9{
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: WVBE>TB
64IeCAMVo
<appSettings> }V93~>
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> XPR:_
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> [:/7OM
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> /cn/[O9
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> b[QCM/
</appSettings> u0(hVK`":
Q>#)LHX
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Yg]FF`{p=
private void InitMediaType() ;$k?&nhY
{ [57V8%
cbbMediaType.Items.Clear(); }(f,~?CP]
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) )%nt61P\W
{ &B{Jxc`VA
cbbMediaType.Item.Add(key); reD[j,i&t.
} &?uzJx~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; s\n,Z?m
} yE!7`c.[u
Xs#?~~"aC
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: q]wn:%rX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) D7n&9Z
{ QWIOim-
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 7Vof7Y <
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); @EH4N%fH
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
4I]/
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 3n=O8Fp
factoryDllName).Unwrap(); !W6
IMedia media = factory.CreateMedia(); &p(*i@Ms
media.Play(); ?><
} $`+~QR!h
BGk<NEzH
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。 2EI m
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: 7\|NYT4
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 GoZJDE3
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!