面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) t G]N*%@
)qbI{^_g
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。 A)OdQFet(
一、传统过程化设计思想 fG<Dh z@
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: ~q{\;
public class MediaPlayer !K!)S^^Po?
{ -_s%8l^
private void PlayMp3() DD2adu^
{ )i&%cyZw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \'[3^/('
} s;s0}Td_1
)r=9]0=
private void PlayWav() "PMO
{ :b"=KQ
MessageBox.Show("Play the wav file."); M#ZT2~+CT
} M#`{>R|
<sa #|Y$
public void Play(string audioType) yU *u
{ %=y;L:S\p
switch (audioType.ToLower()) YFG-U-t3
{ T]^?l
case ("mp3"): N"S3N)wgd
PlayMp3(); dFzYOG1
break; T&]Na
case ("wav"): TS1pR"6l
PlayWav(); Y^4q9?2G
break; 0%/,>IR>r
} |4=ihB9+
} gRHtgR)T3
} n4Vwao/9x
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。 64SW
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。 H4W1\u
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! aUAcRW
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。 D2{L=
二、面向对象设计思想 2v4W6R
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! SBC~QD>L+
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: ?fB5t;~E
public class MP3 Xj%,xm>}!u
{ 5Wo5n7o
public void Play() YDW|-HIF
{ jg?bf/$s
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); s}s|~
} k<!<<,Z
} (9E( Q*J5x
/ HL_$g<
public class WAV nMkOUW:T!
{ {yTpRQN~
public void Play() ]{<saAmJC
{ To pHE
MessageBox.Show("Play the wav file."); w"1x=+
} 7aV$YuL)X~
} aFyh,
,}KwP*:Z
Public class MediaPlayer -U7,k\g
{ k; ;viT
switch (audioType.ToLower()) fSbS(a
{ '(tj[&aL
case ("mp3"): @`6}`k
MP3 m = new MP3(); .wP/ai>}
m.Play(); e#1.T
break; alVdQfu
case ("wav"): 3EI]bmi~
WAV w = new WAV(); S.1(3j*
w.Play(); 7H4L-J3
break; P:qz2Hw
} nX )f'[ 7
}
>9{zQf!
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 pzi q0
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) RB IOdz
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 lirN YJ]tO
public class AudioMedia !W~QT}
{ ,[Ag~.T
public void Play() 1&|
{ P8<hvMF
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ~}K{e
} 5?w.rcN[j
} ;I+H>$%jZ
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)。 vTHq)C.7G
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: !3@{U@*Z]
public abstract class AudioMedia v$;@0t:;#
{ Je 31".
public abstract void Play(); lY8`5Uz
} g>yry}>04%
/9Z!p
public class MP3:AudioMedia M1EOnq4-
{ #~S>K3(
public override void Play() -R :X<eb
{ "b`7[ ;a
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y[@0qc3UO
} jQ|:I7y
} e?P%wqB
}3J=DCtS
public class WAV:AudioMedia C B/r]+4
{ eVx~n(m!}
public override void Play() Y.NE^Vn0
{ dZDK7UL
MessageBox.Show("Play the wav file."); 85D? dgV
} ^&MK42,\
} >Mw'eQ0(y
}vY.EEy!
public class MediaPlayer t!:)L+$3
{ o0l74
//根据需要完成任务的单向分派 <aXoB*Y
public void Play(AudioMedia media) C `6S}f,
{ Mb.4J2F ?
media.Play(); H{%H^t>
} T
pD;
} WL1\y|
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)。 $ser+Jt=
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ceG&,a$\
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: A?r^V2+j
public abstract class VideoMedia 'g hys1H
{ VX!hv`E
public abstract void Play(); :BD>yOlG
} /tZ0
|B(
-?z\5z
public class RM:VideoMedia ]Jn2Ra"j
{ JD*8@N
public override void Play() N2Ssf$
{ ,56;4)cv
MessageBox.Show("Play the rm file."); WqQU@sA
} $UC {"0
} MMd.0JuaO
`XgFga)
public class MPEG:VideoMedia B`1kG Ex .
{ M)O[j}N
public override void Play() 6.19g'{sB
{ 1qZG`Vz
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); NO4Z"3Pd_
} S/7l/DFb
} pV=@sz,G
0>FE%
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。 Y{+3}drJE
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: *)D1!R<\,R
:j,}{)5=
public interface IMedia $DE&J4K
{ Y[um|M315
void Play(); `{o$F ::(
} RG}}Oh="v
,H{={aln
public abstract class AudioMedia:IMedia d}+W"j;
{ QNpuTZn#Q
public abstract void Play(); bLlH//ZRH
} (NaK3_
"V}qf3qU
public abstract class VideoMedia:IMedia J@Yj\9U
{ 4K7{f+T
public abstract void Play(); cz(G]{N
} 2Wl{Br.
wE6A
7\k%
这样再更改MediaPlayer类的代码: 328L)BmW
public class MediaPlayer V|: qow:F
{ Z&Pu8zG
/m
public void Play(IMedia media) hKN6 y%
{ z_n\5.
media.Play(); D/:3RZF
} no&-YktP}
} YtYy zX5u7
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 th
2<o5
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。 b-%l-u
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。 u"Y]P*[k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8,*3zVk-
{ Q0>q:aj\
IMedia media = null; 'RLOV
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) CXAVGO'xw
{ |}Ph"g2D,
case ("mp3"): &,MFB
media = new MP3(); m\-PU z&C
break; s)w9%
//其它类型略; X<euD9?
case ("rm"): mb{q(WEPP
media = new RM(); YgimJsm
break; ~ffwLgu!
//其它类型略; Mudrg[@`
} JA6";fl;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :<utq|#s
player.Play(media); IU9,
(E
} "+h/-2rA
E9$H nj+m
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 B*79qq
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 C6^j#rl
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 5[R?iSGL1
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 MLS;SCl
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: u)~s4tP4
public interface IMediaFactory ab4LTF|
{ !y*oF{RZ
IMedia CreateMedia(); U^ ?=
0+
} J?D\$u:
1;&T^Gdj
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: nk/vGa4
public class MP3Factory:IMediaFactory D=&K&6rr
{ ?,XC=}
public IMedia CreateMedia() S#2[%o
{ 2w4MJ,Uw
return new MP3(); ri+U0[e3
} vr4S9`,
} Ue7 6py9
//其它工厂略; [:B*6FXMN~
88o:NJ}_
public class RMFactory:IMediaFactory m UgRm]
{ XTo8,'UaP
public IMedia CreateMedia() E{>`MNj
{ GV6mzD@<
return new RM(); q-IWRb0j%a
} v8'5pLt"
} >S.91!x
//其它工厂略; =x
H~ww (D
2C1+_IL
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 *Hunp Y
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: \ja `c)x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) GYoseqZM
{ .'lN4x
IMediaFactory factory = null; &HL{LnLP@/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) # ZTLrq5b
{ _]o5R7[MQ
//音频媒体 rBfg*r`)
case ("mp3"): GAp!nix6h
factory = new MP3Factory(); LdEE+"Jw
break; #U@| J}a
//视频媒体 VQ<5%+
case ("rm"): VGZ6
factory = new RMFactory(); qd(hQsfqYU
break; |M E{gy`5
//其他类型略; w1i?#!|
} )eR$:uO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @q)E=G1<o0
player.Play(factory.CreateMedia()); y<M]dd$
} :hP58 }Q$
q%S8\bt
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。 h8.FX-0& =
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: eP= j.$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _}ele+
{ {D,RU8&
IMediaFactory factory = null; l%<c6;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6LM9e0oxy
{ 9v~5qv;
case ("mp3"):
8 u:2,l
factory = new MP3Factory(); 61:9(*4~!F
break; C3.=GRg~l
//其他类型略; |Fp'/~|w2d
case ("rm"): wd+O5Lr.R
factory = new RMFactory(); .bfST.OA
break; H,|YLKg-|
//其他类型略; b:Dg}
} / O)6iJ
IMedia media = factory.CreateMedia(); >{XScxaB`
media.Play(); !Uy>eji}
} e1^l.>2d6
uV77E*+7\
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。 +c?ie4
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。 7K :FeW'N
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。 -tyaE
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: r*Z_+a8
? s4oDi|:
<appSettings> <Uwwux<v
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> U>A6eWhH
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ImHU:iR[J-
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> r|-J8s#
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ^ItAW$T]F
</appSettings> hr~.Lj5^W
+WLD
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: $5L(gn[
private void InitMediaType() 'tuBuYD\
{ ^c'f<<z|7r
cbbMediaType.Items.Clear(); $W, zO|-
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -'ZxN'*%
{
V16%Ne
cbbMediaType.Item.Add(key); 61,O%lV
} O6]u!NqG
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ]_#SAhOR)
} {AgBwBCE
^A#x<J+
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: !gJzg*{u@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T#r=<YH[C
{ {(0Id !
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); +XQPjg
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); tqhh<u;
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -TZ^ ~s
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, "XB4yExy
factoryDllName).Unwrap(); w%2ziwgh
IMedia media = factory.CreateMedia(); d?}hCo=/Xq
media.Play(); #ovM(Mld
} xVTo4-[p
2Fq=jOA)z$
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。 A^L?_\e6
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:
uMpl#N p
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ay-9c2E
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!