面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) W2F+^
fW5"4,
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。 !7mvyc!'!
一、传统过程化设计思想 k\+y4F8$x
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@=+#q~/P
public class MediaPlayer Q*09E
{ _XY`UZ
private void PlayMp3() <K DH
{ u_}`y1Xu#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); S.Wh4kMUe
} HQ|o%9~
^Txu~r0@
private void PlayWav() xUiWiOihr6
{ Qfkh0DX
B
MessageBox.Show("Play the wav file."); (aDb^(]>
} n=<NFkeX
|dl0B26x
public void Play(string audioType) "t(1tWO1o
{
LaIW,+
switch (audioType.ToLower()) + AcKB82
{ ?o(ZTlT
case ("mp3"): eD*?q7
PlayMp3(); _"?c9
break; z9k*1:
case ("wav"): b"ol\&1
#
PlayWav(); msA' 5>
break; ShL1'Z}^{
} PtVo7zOye
} '2Q.~6
} SWNU1x{,c\
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。 3o+KP[A
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。 L?=#*4t
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! Hk<X
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。 d'N(w7-Y
二、面向对象设计思想 fs2mN1
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! XPHQAo[(s
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: itqQ)\W
public class MP3 GN:Ru|n
{ 88 Fb1!a5Z
public void Play() S+.21,
{ e={k.y}x}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7.wR"1p#
} wFK:Dp_^
} JDC=J(B
$l#v/(uFa
public class WAV c&E*KfOG
{ bn0"M+7)f
public void Play() /#-,R,Q
{ A5CdLwk
MessageBox.Show("Play the wav file."); jGO9n
} { c v;w
} /_NkB$&
fkdf~Vb
Public class MediaPlayer 33=Mm/<m$P
{ x2
w8zT6M
switch (audioType.ToLower()) <MPeh&_3#
{ /HB+ami,
case ("mp3"): (\Rwf}gyR
MP3 m = new MP3(); R(M}0JRm
m.Play(); IV)^;i
break; bin6i2b
case ("wav"): ]*bAF^8i
WAV w = new WAV(); GwgFi@itN
w.Play(); k-{yu8*';
break; #=X)Jx~
} ShC_hi
} #^5a\XJb
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。 :~\LOKf
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) [NQmL=l
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。 9T8|y]0F
public class AudioMedia B1|?RfCe
{ Qy4X#wgD
public void Play() 8B}'\e4i
{ !a' K &
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); yr
FZ~r@-
} *D\0.K,o
} ]XmQ]Yit
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)。 whV&qe;sw
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: 6P0y-%[Gk
public abstract class AudioMedia cDfx)sL
{ 2~vo+ng
public abstract void Play(); <\>+~p,
} @)9REA(U
\9046An
public class MP3:AudioMedia m,\i
{ x^zdTMNhw
public override void Play() I)[`ZVAXR
{ W\HLal
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;l$9gD>R
} "4'kb
}
[<_"`$sm=
MB1sQReOO
public class WAV:AudioMedia }16&1@8
{ l*$WX=h6n
public override void Play() \eEds:Hg
{ WLE%d]'%M
MessageBox.Show("Play the wav file."); 5i^ `vmK
} `2>XH:+7F
}
`>%-
\|v `l{
public class MediaPlayer V@B7P{gH
{ \s,Iz[0Vfz
//根据需要完成任务的单向分派 7@FDBjq
public void Play(AudioMedia media) 3}08RU7[!
{ )\8URc|J
media.Play(); yPSVwe|g
} 66/Z\H^d
} x:p}w[WM
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 DP|TIt ,Rl
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ,Qat
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ,oBlJvm
public abstract class VideoMedia :aHcPc:
{ DLU[<!C
public abstract void Play(); VK9Q?nu
} 5(423"(y
Ud$Q0m&
public class RM:VideoMedia Tj Mb>w9
{ DG3[^B
public override void Play() D`en%Lf!m
{ _8al
MessageBox.Show("Play the rm file."); +-U@0&Y3M
} pQqbZ3]
} a|U}Ammr
I=U+GY:
public class MPEG:VideoMedia ]y.Rg{iv
{ VF\{ra;
public override void Play() oBb?"2 ~9
{ 4 ^4d9?c
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); hiAxh
Y
} mU>&ql?e
} AU/#b(mI
itw{;j
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。 )^&,Dj
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: Jff 79)f
Bw6 L;Vu
public interface IMedia ;xhOj<:
{ ` ovgWv
void Play(); \N? 7WQ
} 5qC:yI
}X.>4\B5
public abstract class AudioMedia:IMedia L1rwIOgq^
{ `{DG;J03[
public abstract void Play(); yji>*XG
} c!mG1lwD.
"@4ghot t
public abstract class VideoMedia:IMedia &2Q*1YXj
{ b"Zq0M0l
public abstract void Play(); s_xV-C#q@
} J,RDTXqn
!I~C0u
这样再更改MediaPlayer类的代码: #VO.%H}i
public class MediaPlayer Ey'J]KVW
{ s1{[{L3
public void Play(IMedia media) un6cD$cHr
{ `%oIRuYG]j
media.Play(); _AprkI_
} mGO>""<:
}
aV<^IxE;
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 xHHV=M2l(s
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 &-=K:;x
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 `os8;`G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {8 N=WZ
{ <~N%W#z/
IMedia media = null; Vg{Zv4+t
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) p!}ZdX[u
{ mW~P!7]
case ("mp3"): U_l7CCK +
media = new MP3(); pr$~8e=c
break; D;jK/2
//其它类型略; :&9TW]*g
case ("rm"): Ge^Qar
media = new RM(); @ ICbKg:
break; f|#8qiUS
//其它类型略; Fom>'g*
} ]rnXNn;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); I(n }<)eF
player.Play(media);
J,(7.+`~#
} 0aogBg_@K
3 "Yif
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 0yz~W(tsm
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。 BRa{\R^I
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。 9_UN.]
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。 k1#5nYN.
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: ljVIE/iq
public interface IMediaFactory =e{.yggE
{ nkRK+~>
IMedia CreateMedia(); E?cZbn*>`
} L<=) @7
(UGol[f<
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: vOe0}cR
public class MP3Factory:IMediaFactory =*O=E@]
{ 84^[/d;!
public IMedia CreateMedia() E M Q4yK
{ ZE
rdt:w
return new MP3(); C U$)QH{
} e #M iaX
} +I@cO&CY|
//其它工厂略; iDw.i"b
&\^rQi/tf
public class RMFactory:IMediaFactory %'0&ElQ
{ Xu6K%]i^
public IMedia CreateMedia() O,|\"b1(
{ 3cixQzb}u
return new RM(); ?mU\
N0o
} 3;l "=#5
} M|8
3HTJ
//其它工厂略; W Y:s
gG
('4wXD]C
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 h55>{)(E
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: MwAJ(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8teJ*sz
{ .YR8v1Cp
IMediaFactory factory = null; Za%LAyT_s
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6,+nRiZ
{ *ik/p
//音频媒体 #tDW!Xv?
case ("mp3"): C
) ?uE'
factory = new MP3Factory(); Kt6>L5:94
break; c`jDW S
//视频媒体 % O%xpSYr
case ("rm"): YB5dnS"n
factory = new RMFactory(); Ri @`a
break; J633uH}}
//其他类型略; NR3`M?Hjf
} =9$mbn
r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); >f$NzJ}
player.Play(factory.CreateMedia()); 9Ejyg*
} b\giJ1NJB
R=M!e<'
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。 CGZ^hoh/
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: "!KpXBc,>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 56{I`QjX
{ 74f9|~%
IMediaFactory factory = null; LT_iS^&1
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *
t!r@k
{ vv+J0f^
case ("mp3"): wf9z"B
factory = new MP3Factory(); $r79n-
break; /oL8;:m
//其他类型略; y@;%Uv&
case ("rm"): O('Nn]wo~9
factory = new RMFactory(); 9M'DC^x*T
break; 9/kXc4
//其他类型略; )yj:PY]
} qyyq&
IMedia media = factory.CreateMedia(); J@]k%h
media.Play(); w4%AJmt
} {Uq:Xw
,S!w'0k|n
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 CW`!}yu%
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 f Iy]/
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 2d`c!
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: @;Y~frT
_u5dC
<appSettings> 2f,2rW^i
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> %Q~CB7ILK
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Vz"u>BP3~
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> K)N 0,Qwu
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> |[1D$Qv
</appSettings> @cv{rr
T)SbHp Y
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: &&7r+.Y
private void InitMediaType() Oy_c
{ f*fE};
cbbMediaType.Items.Clear(); &HDP!SLS
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) LchnBtjn
{ &tE.6^F
cbbMediaType.Item.Add(key);
>|*yh~
} 'jjb[{g^}}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; CdZ BG
} v\%G|8+]
?WFh',`:
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: |vu>;*K
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8l>CR#%@C
{ '~Q2!F
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); YI@Fhr
&NU
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); &`Ck
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; X?o(
b/F-
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, OYmi?y\
factoryDllName).Unwrap(); 8)wt$b
IMedia media = factory.CreateMedia(); hfrnxeM#~
media.Play(); C@gXT]Q
0}
} +sZUJ
= yXs?y"
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。 ZjVWxQ
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: L1#Ij#
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 bx}fj#J]En
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!