面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) JKT+ q*V
vs@:L)GW\
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。 ^d9raYE`'
一、传统过程化设计思想 gk z#kiGF
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: )A0&16<
public class MediaPlayer N 9&@,3
{ Z]S0AB.Z@
private void PlayMp3() 5dp#\J@
{ \Ep/'Tj&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); lDU:EJ&DHE
} 1Kh?JH
#Q@6:bBzv
private void PlayWav() Kk9 8FI0]
{ ;0!Wd
MessageBox.Show("Play the wav file."); 9,5II0N L
} 62x< rph
&&]!+fTZ\(
public void Play(string audioType) $M`;."
{ sYA-FO3gh
switch (audioType.ToLower()) is?&%VY
{ _<a)\UR
case ("mp3"): j$|C/E5?
PlayMp3(); 0o|,& K
break; D:ugP,
case ("wav"): otVyuh
PlayWav(); S.)7u6/_!
break; N&ql(#r
} IVzA>Vd
} j& o+KV
} tN3 {7'\7
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。 >.hGoT!_k
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。 3t8H?B12ow
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! /Z "
4[
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。 /C"s_:m;3
二、面向对象设计思想 fF>qU-
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! YaZt+WA
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: |~uzQU7
public class MP3 PBs<8xBx^
{ g**%J Xo
public void Play() *z"1MU
{ e6i./bf3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =P;;&j3Z
} '>|*j"jv-
} Kc[u}
. U
).!14Gjo
public class WAV @
KPv&UB
{ e~s7ggg2k
public void Play() '+I
2$xE
{ m=iov2K>
MessageBox.Show("Play the wav file."); P>T*:!s ;
} 06@0r
} y]YS2^
wt.{Fqm
Public class MediaPlayer M}oj!xGB
{ c^Gwri4
switch (audioType.ToLower()) ,q@(L
{ ms\/=96F
case ("mp3"): ar
qLp|
MP3 m = new MP3(); y[WYH5&DJ
m.Play(); D
,ZNh1xt
break; mYjiiql~
case ("wav"):
iRwW> a3/
WAV w = new WAV(); cevV<Wy+
w.Play(); ]AC!R{H
break; u1|P'>;lF
} e=]oh$]
} 'Tf#S@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。 30(m-D$K>9
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) r{!"%03H_
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 uU ?37V
public class AudioMedia 9poEUjBI
{ wz0$g4
public void Play() fpK0MS]=b
{ ?J@?,rZQ^V
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); x$5nLS2.
} ;*4tVp,
} t6%xit+
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 FP'u)eU&3
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: SeZT4y*=
public abstract class AudioMedia J ]Gc
{ &iND&>?
public abstract void Play(); Xq^y<[
} ^z%o];
}M9DqZ;I
public class MP3:AudioMedia Nzi/3r7m
{ R3{*v =ov
public override void Play() [mB(GL
{ rxgVT4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \,%o>M'
} }u3H4S<o
} L >Ez-
"'}v 0*[
public class WAV:AudioMedia f0mH|tI`
{
+ptF -
public override void Play() ;+ Co!L
{ ^0-e,d
9h
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZLN_,/7
} 1^60I#Vr@
} W]!@Zlal
zA'gb'MmW
public class MediaPlayer -0KbdHIKb'
{ [zh4W*K_cq
//根据需要完成任务的单向分派 y800(z
public void Play(AudioMedia media) 5 <)gCHa
{ 43u PH1
)
media.Play(); -l40)^ E}
} PK2Rj%
} pRiH,:\
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Xv-1PY':pA
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 UE&C
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: pRrqs+IJZ\
public abstract class VideoMedia zh{@?k
{ l)i&ATvCE
public abstract void Play(); Oa.f~|
} ){Ciu[h
p(H)WD
public class RM:VideoMedia "BLv4s|y7L
{ "%}Gy>;
public override void Play() TJyH/C
{ nqurY62Ip
MessageBox.Show("Play the rm file."); \2].|Mym
} %TW%|"v
} ~`~%(DA=
.o\;,l2
public class MPEG:VideoMedia da9*9yN
{ (pT(&/\8
public override void Play() DYT@BiW{
{ yBPt%EF
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); }rKJeOo^x?
} ,#P,B;r~
}
d-ag
un$ Z7W/
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。 +(=0CA0GE
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: GCP{Z]u
[xZ/ZWb/
public interface IMedia SG
dfhno;
{ y~==waZw
void Play(); 2,8/Cb
} *l> [`U+
;T5,T
public abstract class AudioMedia:IMedia |5}rX!wS4
{ ~),;QQ,
public abstract void Play(); r
1l/) ;
} l50|`
6t
08Pt(kzNA
public abstract class VideoMedia:IMedia ,Lt~u_ lve
{ .g/ARwM}
public abstract void Play(); C@TN5?Z
} {[M0y*^64$
o~OwE7H)A
这样再更改MediaPlayer类的代码: z`emKFbv
public class MediaPlayer >%uAQiU
{ `2B*CMW{
public void Play(IMedia media) p4m^ ~e
{ 1a($8>
media.Play(); ,2 zt.aqB
} `G=ztL!gq
} H4PbO/{xO
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 toS(UM n
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ;Pol#0_(
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 E3~,+68U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N_u&3CG
{ Kcscz,
IMedia media = null; %sO Wg.0_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5u2{n rc
{ <ICZ"F`S
case ("mp3"): 1A7 %0/K-]
media = new MP3(); lv<iJH\
break; .-SDo"K.h
//其它类型略; g
,/a6M
case ("rm"): D~G5]M,}$
media = new RM(); ]}mly`Fw
break;
'O.+6`&
//其它类型略; :r1;}hIA9
} U}tl_5%)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); x4CtSGG85f
player.Play(media); *'UhlFed
} 0K=Qf69Y
.dD9&n;#^
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 +3M$3w{2
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。 eV[`P&j_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。 P'a0CE%
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。 ksB
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: NoFs-GGGh
public interface IMediaFactory SQq6X63 \
{ 1^Kj8*O8e
IMedia CreateMedia(); Yw6DJY
} 6B7<
1vB-M6(
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: eq^TA1>T
public class MP3Factory:IMediaFactory vS7/ ~:C
{ C>*5=p|T
public IMedia CreateMedia() 6-mmi7IfO
{ DRH'A!r!
return new MP3(); =?=)s
} gKmX^A5<
} GE%2/z p
//其它工厂略; u~" siH
UppBnw
public class RMFactory:IMediaFactory xj0cgK|!
{ PV?]UUc'n<
public IMedia CreateMedia() m! rwG(
{ F0@Qgk]\
return new RM(); \n[
392
} ?k
[%\jq{a
} 3LKB;
//其它工厂略; CD^CUbGk
c]6V"Bo}A
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。 %4j&H!y-w;
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: ;knd7SC
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Nc{]zWL9
{ Uh>.v |P6
IMediaFactory factory = null; |r5e{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) q\a[S*
{
KR&s?
//音频媒体 dSwm|kIa
case ("mp3"): J#0GlK@"
factory = new MP3Factory(); 2< p{z
break; I^WIa"u_
//视频媒体 #MUiL=
case ("rm"): %moJF1
factory = new RMFactory(); Iph3%RaE
break; tC2N>C[N
//其他类型略; 8O;Vl
} 0eFb?Z0]
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4py(R-8\
player.Play(factory.CreateMedia()); 1 ojhh7<
} 9u?(^(.
L59bu/LfL
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。 ,!`SY)
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: #e*X0;m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ejq=*UOP
{ lj)f4zu
IMediaFactory factory = null; vK(I3db!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J2r1=5HS
{ Yrpxy.1=F5
case ("mp3"): 5|{)Z]M%9
factory = new MP3Factory(); !L77y^oV
break; z/S,+!|z
//其他类型略; O7v]p
case ("rm"): M:_!w[NiLp
factory = new RMFactory(); Xtft*Z
break; 5^>n5u/
//其他类型略; ^OF5F8Tf/
} |=\91fP68`
IMedia media = factory.CreateMedia(); NH'iR!iGo
media.Play(); mG_BM/$
} <{giHT
Rvvh{U;t
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。 s|Zx(.EP
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。 8zZSp
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。 ^;zWWg/d
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: M`~!u/D7
sMH#BCC
<appSettings> co/7l sW
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> =N_,l'U\^
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 9RxO7K
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> "IG+V:{ou
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> k^^:;OR
</appSettings> uArR\k(
2/@D7>F&g
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: !h>D;k6 e
private void InitMediaType() ET)>#zp+s
{ a+41Ojv (
cbbMediaType.Items.Clear(); .jU Z
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 0N{+y}/G
{ i&A%"lOI9
cbbMediaType.Item.Add(key); u?kD)5Nk
} ,-@5NY1q
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 7UKYmJk.
} &3Tx@XhO
x5OC;OQc
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 1kmQX+f
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) O%-h&C3
{ 7 jjU
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); VFO\4:.
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); [?KJ9~+0
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; YX*0?S
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, YUscz!rM
factoryDllName).Unwrap(); 2J<&rKCF
IMedia media = factory.CreateMedia(); hmZvIy(
media.Play(); yG&2UqX
} S$eDnw~$
u g\w\b
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。 Kd3QqVJBz1
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: :Q_x/+-
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {B0h+. C
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!