面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) pCt0[R;?
wC~LZSTt
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。 8lfKlXR78
一、传统过程化设计思想 L+J)
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{8QKeC
public class MediaPlayer -G@:uxB
{ uPQrDr5
private void PlayMp3() *>8Y/3Y\B
{ I!;vy/r
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); x3]y*6
} 85 <%L:EC
n+%tu"e
private void PlayWav() x!QA* M
{ IBSoAL
MessageBox.Show("Play the wav file."); I4%25=0?
} ,J ZM%f
!y syb
public void Play(string audioType) =VOl
*
{ fOkB|E]
switch (audioType.ToLower()) "pW@[2Dkx/
{ %^
g(2^
case ("mp3"): 2E_*'RT
PlayMp3(); \bzT=^Z;2
break; #,PB(
case ("wav"): RuuXDuu:VL
PlayWav(); "R9^X3;
break; XX|wle1Kg
} aT`. e
} l5fF.A7TT
} \(a!U,]LM
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。 \r7gubD
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。 |cd=7[B
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! ("-`Y'"K
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。 \B1<fF2
二、面向对象设计思想 ;gmfWHB<
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!
Jk3V]u
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: &nX,)"
public class MP3 *, RxOz2=
{ tpP2dg9dF
public void Play() ;)gNe:Q
{ 2-!n+#Cdf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P|{Et=R`1
} q26%Z)'nf
} j~:N8(=
I7/X6^/}
public class WAV wc6v:,&
{ x.-d>8-!]c
public void Play() sg!*%*XQ
{ ` "JslpN
MessageBox.Show("Play the wav file."); p&4#9I5
} X=d;WT4,,
} *2tG07kI
n]+v Eu|
Public class MediaPlayer rGxX]
{ l5bd);Ltq
switch (audioType.ToLower()) Z/>0P* F
{ maopr$r
case ("mp3"): ZFsJeF'"
MP3 m = new MP3(); WCPl}7>
m.Play(); t4E=
break; en6oFPG
case ("wav"): m&X6a C'[
WAV w = new WAV(); b+`mh
w.Play(); OK"B`*
break; r=3knCEWK
} V*U*_Y
} %:
.{?FB_
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。 x3>PM]r(V
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) &QL!Y{=Y6
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。 0 w#[?.
public class AudioMedia h&4f9HhS=
{ 5V{zdS=
public void Play() O7AW9*<
{ C'c9AoE5>
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); eHjn<@
} ~<, QxFG5
} IO\>U(:vx
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)。 =(~UK9`
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: 5z>kz/uxW
public abstract class AudioMedia u{o!#_o64
{ !awfxH0
public abstract void Play(); $rh {f<
} x1}7c9nK
:OVre*j
public class MP3:AudioMedia jB17]OCN
{ =k1 ,jn+
public override void Play() . .|>|X4
{ rK%A=Q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (,gpR4O[
} hK,e<?N^
} 65ctxxWv1
)-_]y|/D:r
public class WAV:AudioMedia y0d a8sd)
{ hwaU;> F
public override void Play() RN1q/H|
{ R`wL%I!?f
MessageBox.Show("Play the wav file."); GN4'LU
} &;%z1b>F
} ERO'{nT&
* ?a-m\
public class MediaPlayer (hB&OP5Fne
{ w~NQAHAvo
//根据需要完成任务的单向分派 s:y~vd(Vi
public void Play(AudioMedia media) >[=fbL@N<@
{ (6R^/*-o
media.Play(); ;/
iBP2
} eC^UL5>%
} +0016UgS#
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)。 "F(LTppy
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。 BitP?6KX
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: 0^41dfdE
public abstract class VideoMedia Q`"gKBN1
{ qn VxP&
public abstract void Play();
[*<F
} |F
}y6 gH
wo($7'.@
public class RM:VideoMedia +>#SB"'
{ 8E:8iNbF
public override void Play() tiZ5
:^$b4
{ IJxBPwh
MessageBox.Show("Play the rm file."); /DG+8u
} *C81DQ
} raL!}
poZ04Uxo>
public class MPEG:VideoMedia CdCo+U5z{
{ G_GV
public override void Play() >wz&{9ni
{ 5OUGln5
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); xV&c)l>}
} 'Vwsbm
tY
} `0.<
v~f_~v5J!
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。 gnjh=anVX1
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: qPEtMvL
#
4~mYj@lvd
public interface IMedia BI\ )vr$
{ &cnciEw1
void Play(); 4e6x1`Y{xB
} v6Vie o=
?b?6/_W~R
public abstract class AudioMedia:IMedia 42* y27Dtm
{ KIyhvY~
public abstract void Play(); ET t7?,x@
}
+#%#QL
z+ch-L^K4
public abstract class VideoMedia:IMedia F E`4%X
{ <gvuCydsh
public abstract void Play(); asDk@Gcu
} _Xs(3V@'}
p:*)rE
这样再更改MediaPlayer类的代码: <SK%W=
public class MediaPlayer tM&O<6Y
{ ]!@z3Hv3
public void Play(IMedia media) 5<Ly^Na:
{ PxuE(n V[
media.Play(); 0:NCIsIm<
} #%Z 0!
} $<;!F=%8
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 S511}KPbm/
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 D<V[:~-o
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 .b.pyVk
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (R'GrN>
{ I&2)@Zw
IMedia media = null; Ptt
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;Jh=7wx
{ ss{y=O%9"
case ("mp3"): {RG4 m{#9
media = new MP3(); UY(pKe>
break; @u@N&{b5"
//其它类型略; kGz0`8URu
case ("rm"): xqZZ(jZ
media = new RM(); N>zpxU {
break; P\jnht
//其它类型略; 5|nT5oS
} x9DG87P~+
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /$z(BX/
player.Play(media); e8Ul^]
} /$EX-!ie
V(lxkEu/Fj
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 3np |\i
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 4Nb&(p
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 +'-i (]@!'
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 V4["+Y
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: [Re.sX}$Y
public interface IMediaFactory @IXvp3r
{ }s@
i
IMedia CreateMedia(); 0uZL*4A+C
} MH0xD
h!~Qyb>W
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: u5'jIqlU
public class MP3Factory:IMediaFactory [=EmDP:@
{ YcRo>:I
public IMedia CreateMedia() TPBL|^3K
{ &.v|yG]&
return new MP3(); 'DhH:PR
} Ye=c;0V(w
} w/1Os!p
//其它工厂略; 7hzd.
P&snIJ
public class RMFactory:IMediaFactory 0Tv0:c>8;(
{
+|w%}/N
public IMedia CreateMedia() &6@#W]_
{ K,f"Q<sU%
return new RM(); {<P{uH\l
} J$D/-*/@
} /8O;Q~a
//其它工厂略; #xoFcjRE
|?gO@?KDZ
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 p Lwtm@
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: t_"]n*zk1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %7v!aJ40
{ /cX%XZg
IMediaFactory factory = null; s#p\ r
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jU}iQM
{ WNK)IC~c
//音频媒体 0F-%C>&g
case ("mp3"): ^Z>Nbzr{
factory = new MP3Factory(); &~&oB;uR
break; [r0`D^*=
//视频媒体 ..fbRt
case ("rm"): :\"V5
factory = new RMFactory(); >9+h2B
break; K9tr Iy$v
//其他类型略; x>GxyVE
} .FeVbZW
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); N
Wf IRL
player.Play(factory.CreateMedia()); <3fY,qw
} S7h?tR*u
% pQi}x
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。 2o<aEn&7|e
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: yfZYGhPN(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a^7HI,
{ zrL +:/t
IMediaFactory factory = null; y7T<Auue`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #By~gcN
{ Ya29t98Pk
case ("mp3"): ^D?{[LBc
factory = new MP3Factory(); %fIYWu`X
break; $6~t|[7:%Y
//其他类型略; TlCGP)VSj
case ("rm"): <AN5>:k[pM
factory = new RMFactory(); 6$&%z Eh
break; 'Gqo{wl
//其他类型略; >)edha*W]
} \ch4c9
IMedia media = factory.CreateMedia(); CE7{>pl
media.Play(); eL1)_M;{
} B)BR
y%
'3iJ q9
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。 "J{A}g[
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。 /kV5~i<1S
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。 JOo+RA5d
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: 9dFo_a*?
I_is3y0
<appSettings> N6BEl55 &
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> V)c.AX5
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> F./P,hhN9
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :KI0j%>2y
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;~Gez;AhK
</appSettings> a,eEP43dn
q{XeRQ'/
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: BFQ`Ab+
private void InitMediaType() t[:G45].-k
{ U
nS|""
cbbMediaType.Items.Clear(); NY/-9W5T4
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 3il/{bgM
{ TTJj=KPA
cbbMediaType.Item.Add(key); >/'/^h
} `V{'GF&[
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; KeWIC,kq
} W#foVAi .
&%4A3.qE
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: A\v]ZN4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (^$SMuC
{ {j%7/T{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); !=?Q>mz
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); "\qm +g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; (H-kWT
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $1n\jN
factoryDllName).Unwrap(); pE6r7
IMedia media = factory.CreateMedia(); kyL]4:@W`
media.Play(); .50ql[En
} }LryRcrD-n
_+d*ljP)l3
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。 vAzSpiv-
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: V eLGxc
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 }^azj>p5
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!