面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) G-3.-
9$Mi/eLG2N
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 dY\"'LtF
一、传统过程化设计思想 54J<ZXCs
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: ].dTEzL9X
public class MediaPlayer y=vH8D]%X
{ e^Xij Id.
private void PlayMp3() AD?DIE(v
{ qW7"qw=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /2dK*v0
} p!aeL}g`
g-p
OO/|
private void PlayWav() f/;\/Q[Z7
{ 45MK|4\Y_
MessageBox.Show("Play the wav file."); t48(GKF
} {C]M]b*F6(
4rM77Uw>
public void Play(string audioType) I9F[b#'Pn
{ DJQ]NY|
switch (audioType.ToLower()) 1~ SY
{ XFu@XUk!K
case ("mp3"): N0vd>b
PlayMp3(); HqXo;`Yy}
break; E;4Ns
case ("wav"): 2hJ{+E.m
PlayWav(); M+hc,;6
break; ]Hd0
Y%
} 50DPzn
} NNl/'ge<\
} M@'V4oUz
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 %&_(IY$d
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。 ($S{td;
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! t^CT^z
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 o~-X7)]
二、面向对象设计思想 BXfaqYb;Q
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! "j a0,%3
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ZHC sv]l
public class MP3 [QZ~~(R
{ z t,-O7I'1
public void Play() n~&R_"mv(
{ k9Sqp:l,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +rT(
} }qD.Ek
} _yWH\5@
Y$ChMf
public class WAV W;N/Y3Lb
{ Q?a"uei[
public void Play() 3,vH:L4
{ =` i 7?
MessageBox.Show("Play the wav file."); 'o7PIhD"
} phc1AN=[E
} /hX"O?^
@&Nvb.5nT
Public class MediaPlayer KV5lpN PC
{ %C3cdy_c
switch (audioType.ToLower()) ,g,jY]o
{ N9n1s2;o
case ("mp3"): *c AoE l
MP3 m = new MP3(); `>sqP aD
m.Play(); DYWC]*
break; N6J$z\
P
case ("wav"): ]JD$fS=_
WAV w = new WAV(); R&4E7wrdP
w.Play(); ]~qN<x
break; 6gKOpa
} z$Nk\9wm
} i52R,hz
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。 1!f'nS
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) EORRSP,$2
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 =wj~6:Bf
public class AudioMedia r6$=|Yto
{ 0wkLM-lN
public void Play() eYcx+BJ
{ I)Lb"
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
7k\7G=
} lXPn]iLJ
} ya_'Oz!C
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)。 U2AGH2emw
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: vLS9V/o
public abstract class AudioMedia !X8UP{J)L
{ o(``7A@7a
public abstract void Play(); \a6)t%u
} 9/$P_Q:3
zOE6;c81
public class MP3:AudioMedia {6n \532@
{ A$F;fCV*
public override void Play() ^97ZH)Ww
{ |f:d72{Qr
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); q8h{-^"
} Qwa"AY5pW
} gr?pvf!I
@
RI^wZ-;
public class WAV:AudioMedia 'sF563kE
{ d>`(.qvxR
public override void Play() "<2bjy
{ {T.Vu]L80
MessageBox.Show("Play the wav file."); ->hxHr`!%a
} m6x. "jG
} Yy)a,clZ*$
Zd(d]M_x
public class MediaPlayer ^d9raYE`'
{ gk z#kiGF
//根据需要完成任务的单向分派 LgNNtZ&F
public void Play(AudioMedia media) 4:@|q:DR
{ "r
V4[MVxt
media.Play(); 0w['jh|,
} E)hinH
} +=h!?<*C8
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)。 oPy zk7{
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。 ]R{"=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: +2}(]J=-
public abstract class VideoMedia ,&?q}M
{ tlERis
public abstract void Play(); y|Y3,s
} b(q&}60
J\so8uT:
public class RM:VideoMedia 'c[LTpn4=
{ [U(&Ae0V>
public override void Play() w)eQ'6Vu
{ )t0b$<%
MessageBox.Show("Play the rm file."); ptv4v[gQ
} y+scJ+<
} E
E|zY%
%gMpV
public class MPEG:VideoMedia W-PZE|<
{ -NPkN%h
public override void Play() Zax]i,Bx
{ Cj1UD;
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B^(rUR
} $l;tP
} ,A!e"=HF
b<(UmRxx3
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。 %B&?D@
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: c'+r[rSn1
;]M67ma7C
public interface IMedia 'D"K`Vw
{ R[9PFMn
void Play(); (MoTG^MrBY
} '%!M>rY,
}PIB b
public abstract class AudioMedia:IMedia (I[h.\%
{ '(pdk
public abstract void Play(); d+2O^of:T
} J8v:a`bX&
h==GdS4
public abstract class VideoMedia:IMedia 8}oDRN!J
{ f5GR#3-h(
public abstract void Play(); x0A%kp&w
} '}`hY1v
a61eH )a
这样再更改MediaPlayer类的代码: {qWG^Db
public class MediaPlayer ?SO F
n
{ quGPk)c
public void Play(IMedia media) LEngZ~sV/
{ h!N&gZ[0
media.Play(); y]YS2^
} wt.{Fqm
} Mr NOcx&
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 lMzCDx!m
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。 O?,i?
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。 ) .-(-6=R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Bb[0\Hs7
{ lcT+$4zk.
IMedia media = null; TnBG MI,g'
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]<;i}n|
<
{ WUWb5xA
case ("mp3"): Rf(x^J{
media = new MP3(); @
U8}sH^
break; ~:}XVt0%8
//其它类型略; fAM4Q
case ("rm"): jbhJ;c :
media = new RM(); x\bR j>%(
break; W8yfa[z~J
//其它类型略; ;Q>3N(
} W3V{Xk|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); LYy:IBI7_
player.Play(media); T3t~=b>&L
} Ul713Bjz
{8Jk=)(md
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <#p|z`N
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 -KwL9J4u
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ilRm}lU|x
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 %QsSR'`
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: .xz,pn}
public interface IMediaFactory +z jzO]8
{ >_0 i=.\
IMedia CreateMedia(); Q"6hD?6.
} e7bT%h9i
(LT\
IJSM
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: k|$"TFXx;
public class MP3Factory:IMediaFactory /romTK4
{ rGn5QV
public IMedia CreateMedia() %hQMC'c
{ kk/+Vx~
return new MP3(); lGnql 1(
} ,'1Olu{v[s
} a._^E/EV
//其它工厂略; %$Jqt
V:(w\'wm
public class RMFactory:IMediaFactory l\sS?
{ 2 -p
public IMedia CreateMedia() ycl>git]
{ f.$aFOn
return new RM(); ^!o1l-Y^gr
} !7kLFW
} KXx@
{cv
//其它工厂略; PQ&Q71
/_:T\`5uO
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。 @O<@f8-
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: #lyM+.T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) K[#v(<)
{ Qw6KX#n
IMediaFactory factory = null; p-i.ITRS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) uzVG q!'H
{ I_zk'
//音频媒体 {+/
.5
case ("mp3"): g]==!!^<D
factory = new MP3Factory(); $||ns@F+
break; RI5g+Du?
//视频媒体 lC /Hib
case ("rm"): ET,0ux9F
factory = new RMFactory(); %Vw|5yA4
break; BDm88<]
//其他类型略; QWzOp\+
} r(,= uLc
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); da9*9yN
player.Play(factory.CreateMedia()); (pT(&/\8
} DYT@BiW{
yBPt%EF
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。 }rKJeOo^x?
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: ,#P,B;r~
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0\EpH[m}-
{ k%Ma4_Z
IMediaFactory factory = null; <m Ju v
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +3/k/W
{ [xZ/ZWb/
case ("mp3"): )p/=u@8_f
factory = new MP3Factory(); 3WO#^}t
break; B@"SOX
//其他类型略; k W<Yda<a
case ("rm"): pB g|n=^
factory = new RMFactory(); b"R, p=M
break; 5#TrCPi6A
//其他类型略; ,c,Xd
} RV0>-@/x
IMedia media = factory.CreateMedia(); z)58\rtz
media.Play(); H-/; l54E
} .g/ARwM}
[]A"]p
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。 ]k::J>84
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。 ?AeHVQ
:C
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。 PwFQ #Z
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: zp7V\W;
&
Sc;iAi
(
<appSettings> 3~[`[4n^
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> p@?7^nIR*u
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3d,-3U
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> L,Ao.?j
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> P3>..fhoW
</appSettings> S3ab0JM
&Q-[;
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: H
Z;ZjC*
private void InitMediaType() w+Z- -@\
{ "*Lj8C3|n
cbbMediaType.Items.Clear(); 8
3z'#
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5u2{n rc
{ XKz;o^1a^
cbbMediaType.Item.Add(key); )z2|"Lp
} 5y1or
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; kq) +@p
} g
,/a6M
D~G5]M,}$
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ]}mly`Fw
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) d\~p5_5.
{ :r1;}hIA9
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); p{iG{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); *'UhlFed
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 0K=Qf69Y
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, [D*J[?yt
factoryDllName).Unwrap(); +3M$3w{2
IMedia media = factory.CreateMedia(); eV[`P&j_C
media.Play(); P'a0CE%
} qn2o[x
E:u ReT
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 L*zbike
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: (NGu9uJs
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 e$CePLEj
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!