面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) adu6`2*$
7 q!==P=
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。 ^~N:lW#=
一、传统过程化设计思想 lv?`+tU2_
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: U\Y0v.11
public class MediaPlayer ]d[e
{ }' tJc $!
private void PlayMp3() E[#VWM
I
{ C9?mxa*z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .`~?w+ ~
} 7_PY%4T"
lx4pTw1
private void PlayWav() b-/QZvg
{ 1K#[Ef4
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2~\SUGW-
} ,\iXZ5"R
7b08Lo7b
public void Play(string audioType) PX/Y?DP
{ uvJHkAi
switch (audioType.ToLower()) }wRm ~
{ M.,DXEZT
case ("mp3"): W/\VpD) ?;
PlayMp3(); 'fl.&"/r
break; .-iW
T4Dn
case ("wav"): 6QA`u*
PlayWav(); OnE%D|Tq=
break; jZ-s6r2=
} D|Q7dIZm
} XQn1B3k+
} xE;O =mI
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 "G%</G8M
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 XX/s@C
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ]w>o=<?b
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 )aGSZ1`/
二、面向对象设计思想 ,DE>:ARZ
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! /;(ji?wN
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: >Y8\f:KQ
public class MP3 fWq*Op.]c
{ }NyQ<,+mq&
public void Play() (o IGp
{ 2kDY+AN;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); siI%6Gn;
} /a^
R$RHl'
} "g5{NjimY
I[k"I(
public class WAV 4zS0kk;+
{ YyxU/UnhG
public void Play() s*la`(x
{ 9}9VZ r?
MessageBox.Show("Play the wav file."); WqF,\y%W*
} t}_ #N'`
} 3<W%z]k@M
HuTtp|zM>
Public class MediaPlayer q 7%p3
{ @T\n@M]
switch (audioType.ToLower()) 1X5g(B
{ la+Cra&xL
case ("mp3"): =XR6rR8
MP3 m = new MP3(); z4SJxL
m.Play(); edo )W
mn
break; At:8+S<?A
case ("wav"): P!|Z%H
WAV w = new WAV(); *"w hup[
w.Play(); Zw9;g+9
break; K#Ck,Y"
} ZEI,9`t!
} 1]G)41
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。 wv3,%
lN
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) h[]9F.[
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。 pc*)^S
public class AudioMedia O,B\|pd2
{ 0h@FHw2d
public void Play() nU_O|l9
{ %BGg?&
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); y,nmPX?]n
} y+ze`pL?
} [oTe8^@[
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)。 2HFn\kjj.s
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: {o24A:M
public abstract class AudioMedia ^-Od*DTL
{ DRQx5fgL
public abstract void Play(); N;|^C{uz
} sWYnoRxu
;yJ:W8U]+;
public class MP3:AudioMedia o]oiJvOr
{ GkJcd;
public override void Play() e NIzI]~
{ ]X>yZec
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); l\s!A&L
} pIlEoG=[_
} /g<Oh{o8
|GnTRahV.
public class WAV:AudioMedia rz "$zc.)
{ {]^Ixm-,f
public override void Play() W*C~Xba<
{ _B^zm-}8|B
MessageBox.Show("Play the wav file."); _nbr%PD,
} C{}_Rb'x
} jn2=)KBa_
&$
h~Q
public class MediaPlayer .Fn|Okn^gr
{ 3 ~v
1 7
//根据需要完成任务的单向分派 7QsD"rL
public void Play(AudioMedia media) iQ/~?'PB
{ I/f\m}}ba
media.Play(); Op'a=4x]
} @[n#-!i
} 9"P|Csj
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)。 X$Vi=f vt
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 VPUVPq~&
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: q\Y4v Wg
public abstract class VideoMedia _VrY7Mz:r
{ R+M&\ 5
public abstract void Play(); t2N W$
-E
} y}odTeq
>d/H4;8
public class RM:VideoMedia OR<+y~Rv
{
qyH-Z@
public override void Play() =gB5JB<}2
{ Z?axrGmg0
MessageBox.Show("Play the rm file."); |mb2<! ag{
} Ww7Ya]b.k
} L:G#>
`%C -7D'?
public class MPEG:VideoMedia ||$&o!;/L
{ :?t~|7O:
public override void Play() O`5,L[i1y
{ Gt`7i(
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ?{ir$M
} 4%(Ji
} Cx7-I0!
!U^{`V jp[
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。 +hxG!o?O
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: ZitM<Qi&y
pO`KtagL
public interface IMedia 8|a./%gixs
{ O `}EiyV
void Play(); Ed9Uw7
} D|;O9iks#
XjX
public abstract class AudioMedia:IMedia /)P}[Q4
{ AYts
&+
public abstract void Play(); ]{>AU^=U
} 7{;it uqX
?"B]"%M&
public abstract class VideoMedia:IMedia ,lyW'<~gA
{ xA] L0h]
public abstract void Play(); ]?Ef0?44
} + ?1GscJ
8Lo#{`
这样再更改MediaPlayer类的代码: 5dBftTv?
public class MediaPlayer ?^|`A}q#
{ 18g_v"6o
public void Play(IMedia media) :_{8amO
{ 6iC>CY3CG
media.Play(); bbm\y] !t
} 5*0zI\
} jX53 owZ
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 [^H2'&]
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。 xn8KOwX%
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。 jU,Xlgz(A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =8^+M1I
{ OLw]BJXYaE
IMedia media = null; xm'9n?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @sXFu[!U
{ _1"
ecaA
case ("mp3"): 9hp&HL)BOa
media = new MP3(); yTm
\OUD
break; U'jt'(
//其它类型略; .RQra+up
case ("rm"): RNIXQns-=S
media = new RM(); 6r7>nU&d
break; 8tvmqe_G
//其它类型略; ZsGvv]P
} m0HK1'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z*@eQauA
player.Play(media); Q=~"xB8
} tjdPia
A2
l?F
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |Q?h"5i"(
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。 6Z\ aJ
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。 'o$j~Mr
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Z:4/lx7Bq
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下:
J~~\0 u
public interface IMediaFactory b UG,~\Z
{ 0RR |!zEu
IMedia CreateMedia();
c{#2;k
Q,
} /qpSmRL
h$S#fY8
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: Y\xEPh
public class MP3Factory:IMediaFactory Y$'j9bUJ
{ CEy\1D
public IMedia CreateMedia() G5ATR<0m
{ ;p`1Y<d-O
return new MP3(); AGhenDNV
} )'shpRB;1
} Spm 0`
//其它工厂略; 6F\ 6,E
V&mkS
public class RMFactory:IMediaFactory )ycI.[C
{ -H|
982=
public IMedia CreateMedia() .qBc;u
{ tr<~:&H4T
return new RM(); wmVmGa
R
} Pk?$\
} U S^% $Z:
//其它工厂略; TG2#$Bq1
{DO 9%ej)
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。
F/Goq`
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: 0Tj,TF
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CTMC78=9}
{ Nc[@QC{
IMediaFactory factory = null;
A l[ZU
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) wO??"${OH
{ K:Z$V
//音频媒体 7Sdo*z
case ("mp3"): *PmZqe
factory = new MP3Factory(); fRp]
break; \"P{8<h.3
//视频媒体 [6GYYu\
case ("rm"): >hunV'vu'
factory = new RMFactory(); +Z`=iia>
break; y6(PG:L
//其他类型略; h5?^MRZS
} T"wg/mT
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mV0,T*}e
player.Play(factory.CreateMedia()); r$jWjb
} :!gNOR6Lh
{16a P
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。 WjD885Xo
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: J)nK9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mhbczVw
{ >oh Cz@~
IMediaFactory factory = null; 41
F;X{Br
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) N8A)lYT]_u
{ )JMqC+J3*t
case ("mp3"): k4+vI1Cs
factory = new MP3Factory(); 0U42QEG2
break; @yp0WB
//其他类型略; R hWQ:l]
case ("rm"): YRZ\nun
factory = new RMFactory(); GDu^P+^
break; }[0nTd
//其他类型略; \o<ucp\J
}
cILS
IMedia media = factory.CreateMedia(); mK:gj&N7X|
media.Play(); ^PG"
} O9ex=m `L
0`/G(ukO
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。 ,dC.|P' `
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。 x $uhkP
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 7# AIX],
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: =D<0&M9C
]545:)Q1
<appSettings> (\\;A?
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> D4%J!L<P
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Y ^^4n$
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 4m*)("H
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> XkI'm\W
</appSettings> Q)75?mn
yan^\)HZ
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: xHgC':l(0
private void InitMediaType() (p]FI# y
{ ?Y"%BS+pt
cbbMediaType.Items.Clear(); 161P%sGx2
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ,Ckcc
{ !Asncc G
cbbMediaType.Item.Add(key); #GM^ :rF
} D
e&,^"%
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 5lsslE+:J
}
ETZf
7F<{ Qn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: [@@{z9c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U4XW
Kwq
{ EP:`l
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Po ?MTA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); N+&uR!:.C
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; n;Bb/Z!~
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 0CzQel)L:
factoryDllName).Unwrap(); !}Xoqamm
IMedia media = factory.CreateMedia(); (%_X{R'
media.Play(); f:PlMv!{
} 8eqTA8$?
T Q41i/{
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。 .7Mf(1:
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: 7hJX
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Q/o,2R
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!