面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Mu,}?%
Zl5cHejM
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。 g.wp
}fz
一、传统过程化设计思想 e6E{l
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: +gZg7]!Z
public class MediaPlayer {tUjUwhz(
{ 8$k `bZ
private void PlayMp3() _l`d+
\#
{
UF3g]>*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~=$0=)c
} J9!}8uD
j_::#?o!/
private void PlayWav() _4eSDO[h
{ !c}?u_Z/
MessageBox.Show("Play the wav file."); .<0|V
} |'$E-[
Tm!pAD
public void Play(string audioType) P9Yee!*H
{ CH!>RRF
switch (audioType.ToLower()) S$ u`)BG):
{ Wpgp YcPS
case ("mp3"): HeV6=
PlayMp3(); @>>8CU^~
break; :@BAiKa[wa
case ("wav"): G(g`>' m
PlayWav(); |m x)W}
break; 97/"5i9
} =:)p\{B
} }HO3D.HE^
} ,8~qnLy9
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。 'Z(KE2&?
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。 ?T]` X
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! _Xs(3V@'}
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。 Q"o* \I
二、面向对象设计思想 Z>0a?=1[
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! &J>XKO nl
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: lD`@{A
public class MP3 O*;$))<wX
{ ZDMv8BP7
public void Play() Ri[ v(Zf
{ 'o D31\@I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); up(6/-/.7
} 7Cx*Ts $
} DGR[2C)@N
8>U{>]WG
public class WAV g+g0iS
{ D8Ntzsr6
public void Play() Ll"
Kxg
{ /INjP~C
MessageBox.Show("Play the wav file."); $KSdNFtM)A
} GyirE`
} S&yKi
y
{&"g
Public class MediaPlayer /wt!c?wR
{ vy:-a G
switch (audioType.ToLower()) GSHJ?}U,
{ %pikt7,Z~
case ("mp3"): (8JL/S;Z$
MP3 m = new MP3(); Lek!5Ug
m.Play(); 7D5[
L
break; 2O|jVGap5x
case ("wav"): f*Z8C9)
WAV w = new WAV(); OTgctw1s
w.Play(); UY(pKe>
break; 8C,}nh
} y7f,]<%e_
} tu4-##{
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。 E#?Bn5-uBs
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) xqZZ(jZ
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_qQF
public class AudioMedia ID{62>R
{ }s9eRmJs
public void Play() U?@ s`.
{ Z<P?P`
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Ch] `@(l
} Z-md$=+}w
} L1Hk[j]X|
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Zqo
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: o\TXWqt
public abstract class AudioMedia /$EX-!ie
{ O V"5:){
public abstract void Play(); 'P AIh*qA
} !6`pq
n]%T>\gw
public class MP3:AudioMedia 5`_UIYcI
{ ''Pu
public override void Play() U4$}8~o4
{ Jw+k=>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); tv]^k]n{rf
} (h8RthQt
} Ihn#GzM?u
",v!geMvu
public class WAV:AudioMedia QIK;kjr*A3
{ buj*L&
public override void Play() K~chOX
{ 0Z.X;1=
MessageBox.Show("Play the wav file."); z9}WP$W
} O:%,.??<%
} q0m>NA
b] EC+.
public class MediaPlayer {)CN.z:O
{ dmB
_`R
//根据需要完成任务的单向分派 KUV(vAY,
public void Play(AudioMedia media) pW7#&@AR
{ TPBL|^3K
media.Play(); r_"=DLx6
} bMA\_?
} 3+<f7
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)。 sahXPl%;U
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。 cv=H6j]h|
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: 6L/`
public abstract class VideoMedia j7XUFA
{ 7hzd.
public abstract void Play(); c,yjsxETW
} J4) ?hS
C j4ED
public class RM:VideoMedia :aO`q/d
{ *3!#W|#=]N
public override void Play() 6f'THU$
{ 9K:ICXm
MessageBox.Show("Play the rm file."); x/d(" Bb
} l-gNJ=l+K
} BJDSk#!J!{
7l+:gD
public class MPEG:VideoMedia +Oafo|%
{ d71|(`&
public override void Play() x :? EL)(
{ pba`FC4R
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); J$D/-*/@
} _O$7*k
} Puq
)azK&f@tR|
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 W<c95QD.
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: |?gO@?KDZ
N<N uBtkA
public interface IMedia NI^jQS
M]
{ my}l?S[2d@
void Play(); t_"]n*zk1
} L;
o$vI~U,
r.ib"W#4
public abstract class AudioMedia:IMedia /cX%XZg
{ NY3/mS3w
public abstract void Play(); bH Nf>
} 5OM*NT t
WbwS!F<au
public abstract class VideoMedia:IMedia V |hr 9
{ -Q MO*PY
public abstract void Play(); GlOSCJZ
} KBg5_+l
~7$jW[i
这样再更改MediaPlayer类的代码: 4>NmJrh
public class MediaPlayer x:E:~h[.^
{ \LYNrL~?J
public void Play(IMedia media) (`js/7[`H[
{ Kt`/+k)m
media.Play(); hQ80R B
} DyCnL@
} >9+h2B
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (hi{i
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 )qeed-{
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 WzqYBa
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oU/{<gs
{ w{"ro~9o
IMedia media = null; @=6*]:p2.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) K}(@Ek
{ /=[hRn@)A
case ("mp3"): {'UK>S
media = new MP3(); hkDew0k
break; S7h?tR*u
//其它类型略; FT
Ytf4t
case ("rm"): % pQi}x
media = new RM(); Zq"
break; &Vy.)0
//其它类型略; ~F.kgX
} DR(/|?k+
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Oq[YbQ'GE
player.Play(media); giHWC%/
} `6\u!#
`&jG8lHa
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 U.pGp]\Q)G
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 V|vXxWm/
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 'j$n;3
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。 V)Ze>Pp
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: )W^$7Em
public interface IMediaFactory b#W(&b^q
{
x0||'0I0
IMedia CreateMedia(); -J;;6aA
} =Bos>;dl
.OZ\s%h;
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: TlCGP)VSj
public class MP3Factory:IMediaFactory 5I&Dk4v
{ *:Uq
;)*
public IMedia CreateMedia() 4G'-"u^g
{ Ov@vNj&
return new MP3(); j_0xE;g"]
} yqKSaPRA
} $QnsP#ePN
//其它工厂略; 6 2LLfD
Vtv1{/@+c
public class RMFactory:IMediaFactory 9dwLkr
{ .s%dP.P:i1
public IMedia CreateMedia() i$6o>V6
{ 8<=]4- X@
return new RM(); IqCh4y3
} ]2rCn};
} 6T6UIq
//其它工厂略; ,*Z/3at}5M
d Z}|G-:
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 nk"nSXm3SR
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 'kHa_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Q#lFt,.y
{ "%ZAL\x
IMediaFactory factory = null; MogIQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `B/74Wa3q
{ @}ioK=A
//音频媒体 b!T-{Ns6
case ("mp3"): I.- I4F)D
factory = new MP3Factory(); S{nBQB<
break; Qov*xRO6
//视频媒体 4k)0OQeW6
case ("rm"): l{Xy %8
factory = new RMFactory(); g(l:>=g]?
break; T U^s!Tj
//其他类型略; P\%aJ'f~
} gR${S|Z#u4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); vT#m 8Kg
player.Play(factory.CreateMedia()); yL_\&v
} ^+}~"nvD
6o]j@o8V
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。 _xGC0f (
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: (!% w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .>NPgdI
{ T~~K~a\8
IMediaFactory factory = null; 3 (F+\4aRm
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {Z}zT1kA
{ <
49\B
case ("mp3"): ]3d5kf
factory = new MP3Factory(); iCy$
rC
break; gp-rTdN
//其他类型略; W)Mc$`nX
case ("rm"): ?ajVf./Ja
factory = new RMFactory(); \{54mM~
break; u@T,8
//其他类型略; .RPh#FI6J
} 22Oe~W;
IMedia media = factory.CreateMedia(); >NZJ-:t
media.Play(); nTHCb>,vM
} LZ8xh
G|j8iV O
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。 %[OZ;q& X
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。 8u"HW~~=
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。 ^TT_BAI
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: FO)`&s"&2
wu3p2#-Z
<appSettings> $$eBr8
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Wql,*|
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> IJBIO>Z/
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> kyL]4:@W`
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 3aFD*S
</appSettings> >
QK"r7f/
pDt45
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: g:?p/L
private void InitMediaType() _+d*ljP)l3
{ xzBUm
cbbMediaType.Items.Clear(); Qb@i_SX(fs
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ^4=%~Yx
{ c3J12+~;
cbbMediaType.Item.Add(key); <%m$
V5h
} 1SG^X-(GM/
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; :`Xg0J+P
} |H;+9(
s,~g| I\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: "]B%V!@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Jm-bE 8b
{ ?pV!`vp^{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); yUvn h
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 0A F}wz>
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 6Ok]E`
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %18%T{|$e
factoryDllName).Unwrap(); Z<`:xFy(
IMedia media = factory.CreateMedia(); c Qq78Lo
media.Play(); ._6e#=
} 7%5EBH &
HAAU2A9B2
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。 ;]_h")4"c
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: U4h5K}j4
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 %(>,eee_
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!