面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _q Tpy)+
@%@zH%b
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。 _JOP[KHb
一、传统过程化设计思想 .T3=Eq&"W
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: =2oUZjA
public class MediaPlayer Rk<%r k
{ }#aKFcvg
private void PlayMp3() c)1=U_6 1
{ |ft:|/^F&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "r-l8r,
} gGKKs&n7
6f}e+ 80
private void PlayWav() pVOI5>f\
{ vbn>mg5
MessageBox.Show("Play the wav file."); &LU'.jY
} 5L&:_iQZy
!s-/0ugZ
public void Play(string audioType) _
+KmNfR
{ $'$>UFR
switch (audioType.ToLower()) /w~C~6z
@!
{ deM~[1e[
case ("mp3"): 6`"ZsO
PlayMp3(); kukaim>K
break; ~_}4jnC
case ("wav"): ZW* fOaj
PlayWav(); \UtS>4w\
break; cMtJy"kK
} /.-m}0h|W-
} ;qT5faKB3J
} HWR&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。 V~c(]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。 8OBF^r44R
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! !47A$sQ
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。 v|To+P6b
二、面向对象设计思想 h*l4Y!7
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! YlB["@\[B
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: b.(XS?4o
public class MP3 s'AQUUrb<
{ &"O_wd[+:
public void Play() <
[w++F~
{ V*kznm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rUvwpP"k
} [Z% l.
} intvlki]be
}9FD/
public class WAV DlS&qFs
{ Z#@6#S`
public void Play() ?PYNE
{ C*]AL/
MessageBox.Show("Play the wav file."); )PHl>0i!
} 1S^'C2/b
} 6e&g$R
v
Xv]*;Bq:SK
Public class MediaPlayer }P16Xb)p
{ 3lyQn"
switch (audioType.ToLower()) r8<JX5zyuo
{ vFR
1UPF
case ("mp3"): Mf#2.TR
MP3 m = new MP3(); *;Ak5.du
m.Play(); [gTQ-
break; -wBnwn-
case ("wav"): %d ZM9I0
WAV w = new WAV(); 2}ag_
w.Play(); MyK^i2eD
break; Ml8E50t>;
} jDFp31_X
} Z<w,UvJa
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 XlE$.
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) r
.{rNR
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。 }FuVY><l
public class AudioMedia ]w5ji
{ UU*0dSWr
public void Play() (Be$$W
{ /IrKpmbq
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); :t_}_!~
} k0gJ('zah
} cq-e
c7
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)。 ;:-}z.7Y
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: ]v/t8`
public abstract class AudioMedia ~oEXM?M
{ Vj?*=UL
public abstract void Play(); /W7&U
=d9
} E!r4AjaC
/<(R
public class MP3:AudioMedia =?y^O0v
{ wY."Lw> 6
public override void Play() =M Q2sb
{ qpH j4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j 8~Gv=(h
} /DgT1^&0
} \ x>NB
\JF57t}Zk
public class WAV:AudioMedia .&aVx]
{ Yj|c+&Ng
public override void Play() 0j-F6a*p'1
{ G <} 7vF
MessageBox.Show("Play the wav file."); MVu[gB
} M%nZu{
} 0TuNA\Ug+
S^_JC
public class MediaPlayer N^@%qUvT]
{ {|t?
//根据需要完成任务的单向分派 [kU[}FT
public void Play(AudioMedia media) EX[l0]fj
{ FQv02V+&<
media.Play(); ;NvhL|R
} .pNq-T
} DU*Hnii
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)。 $)WH^Ir~
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 G5X|JTzpu<
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: cqU$gKT
public abstract class VideoMedia -f
'q
{ A=l?IC@O
public abstract void Play(); sIQMUC[!
} ]"7El;2z
[jG uO%
public class RM:VideoMedia f/|a?n2\hm
{ !Dhfr{
public override void Play() =-#iXP@
{ hPX2 Bp
MessageBox.Show("Play the rm file."); @b(gjOE
} +O%a:d%
} RM/ s:
'TEwU0<%
public class MPEG:VideoMedia [s&
y_[S
{ ]'z^Kt5S
public override void Play() *?
orK o
{ 1tK6lrhj
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 34&$_0zn
} +HVG5l
} _{@}Fd?o
pRyS8'
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。 G5Dji_ |
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: r+WPQ`Ar
W(3~F2
public interface IMedia IBsO
{ *1 eTf
void Play(); 5&7?0h+I
} E*#60z7F
E`LIENm
public abstract class AudioMedia:IMedia bKbpI>;[
{ #._6lESK
public abstract void Play(); nCmrt*&}
} Kps
GQM
mf_9O
public abstract class VideoMedia:IMedia .J!
$,O@
{ ^bgm0,M
public abstract void Play(); $/sZYsN~T
} Yka yT0!
/ o3FK
这样再更改MediaPlayer类的代码: Hr.JZ>~<
public class MediaPlayer Rhxm)5 +
{ At_Y$N:
public void Play(IMedia media) $@!&ML
{ C4K&flk]
media.Play(); pt;Sk?-1
} MrjB[3Td
} vnOF$6n
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 9fLP&v
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 .0/Z'.c8
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 iPL'JVPZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &wC.?w$
{ dD2e"OIX
IMedia media = null; w)c#ZJHG
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) p%qL0
{ }U1{&4Ph
case ("mp3"): ap_+C~%+
media = new MP3(); F476"WF
break; JS.'v7
//其它类型略; 43]&SXprH
case ("rm"): !a&F:Fbm
media = new RM(); ]$*_2V3VA$
break; 9Qd'=JQl
//其它类型略; eEFT(e5.>3
} <p8y'KAlc
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?Qp_4<(5
player.Play(media); 90I3_[Ii
} O/"&?)[v
a{6|[aR
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 mTbPzZ4
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。 `-\JjMSQ1
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。 PQ|x?98
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。
T8oASg!
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: q/zdd3a
public interface IMediaFactory 9_dsiM7CT
{ T}On:*&
IMedia CreateMedia(); >QPS0Vx[
} $5[RR
8eLL
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 4x>e7Kf
public class MP3Factory:IMediaFactory <C xet~x
{ c *no H[
public IMedia CreateMedia() Un+Jz
?Y
{ zK;t041e
return new MP3(); MeS$+9jV(
} #$QY[rf=6
} -|mRJVl8
//其它工厂略; l"#,O$x"#@
3 g&mND
public class RMFactory:IMediaFactory 1j(,VW
{ BW[K/l~"$:
public IMedia CreateMedia() HDxw2nz*R
{ sP!qv"u
return new RM(); 4v$AM8/o
} c9
c Nlp
} o~ed0>D-LS
//其它工厂略; C]cw@:o%
c^%k1pae(
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。 ,j<"~"]
=
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: ~E~J*R Ze
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) I&c#U+-A'
{ *qBZi;1
IMediaFactory factory = null; C~*m&,@TT^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) h'+ swPh
{ wr(?L7
$+
//音频媒体 hpu(MX\
case ("mp3"): w8Yff[o
factory = new MP3Factory(); ,8seoX^
break; >%,tyJ~
//视频媒体 511q\w M
case ("rm"): C'#:}]@E
factory = new RMFactory(); Sz&`=x#
break; crQuoOl7
//其他类型略; 3 a`-_<
} ewY X \
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Rx.0P6s
player.Play(factory.CreateMedia()); %k_JLddlW
} :%gBcL9T
v*pVcBY>
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。
hT[O5
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: >8Y >B)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p5\b&~
g
{ ;_!;D#:
IMediaFactory factory = null; pH%K4bV)8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d{&z^
{ !VW#hc\A5
case ("mp3"): UZ$p wjC
factory = new MP3Factory(); ,aeFEsi
break; wC19
//其他类型略; qlu yJpt
case ("rm"): B!Y;VdX
factory = new RMFactory(); A+'j@c\&!
break; ?^5x
d1>E
//其他类型略; V>hy5hDpH
} )9$Xfq/
IMedia media = factory.CreateMedia(); @m6E*2Gg
media.Play(); {r"HR%*u
} }.#C9<"}
B*{CcQ<5
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 6gv.n
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 &wJ"9pQ~6E
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 _$\T;m>'A
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: wXP1tM8T
vR -/c
<appSettings> _+GCd8d
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ?D#Vh a
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> h
/on
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> iS"rMgq
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> [p(Y|~
</appSettings> 1:-$mt_*
ZEB1()GB
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 1iUy*p65:
private void InitMediaType() hHdC/mR
{ A2xORG&FD
cbbMediaType.Items.Clear(); ^ H'|iju
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) kWWb<WRW:
{ WHU&9N
cbbMediaType.Item.Add(key); 419t"1b
} _9<Ko.GVq
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; h4V.$e<T&
} ='~C$%
I`
/'\cU9
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ]R0^
}sI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *'Ch(c:rtH
{ JIK;/1
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); AE@*#47
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); vQA: \!
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; <#:"vnm$j
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, tvI~?\Ylj
factoryDllName).Unwrap(); zp d4uto5
IMedia media = factory.CreateMedia(); #[IQmU23
media.Play(); Jyvc(~x
} Rf7py )
D>05F,a
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。 I9_tD@s"(
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: /+%1Kq.hP
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 w+PbT6;
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!