面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) z(>:LX"xz
t_(S e
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。 NL!xkcXO
一、传统过程化设计思想 s=z$;1C
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 4FKgp|Y0
public class MediaPlayer ?}u][akM
{ %L-{4Z!"sI
private void PlayMp3() !thFayq
{ Vn_>c#B
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); oDGBC
} L[Wi[S6=)g
*0r!eD
private void PlayWav() *ODc[k'(
{ |>>^Mol
MessageBox.Show("Play the wav file."); [g+WL\1
} uF)^mT0D=
)_?H BTG
public void Play(string audioType) x$S~>H<a
{ C?6q]k]r
switch (audioType.ToLower()) >:J1Gc
{ 2{g&9
case ("mp3"): X6?Gxf,
PlayMp3(); N2u4MI2
break; B\;fC's+
case ("wav"): )k `+9}OO
PlayWav(); FE1En
break; +5kQ;D{+
} !8RJHMX&
} |UcF%VNnz1
} 4%<D\#
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。 OSC_-[b-
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。 Lr`Gyl62
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! ~4ijiw$
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。 GB6(WAmr
二、面向对象设计思想 .Lm`v0'w
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! ;b_<5S
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: _e|-O>#pl
public class MP3 ^[2siG
{ =v{ R(IX%
public void Play() =knBwjeD
{ dcE(uf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :"+3Uk2
} HLE%f;
} ,%y!F3m
aZta%3`)
public class WAV !~-@sq
{ !VvM
public void Play() XKT[8o<L
{ f>? b2a2HX
MessageBox.Show("Play the wav file."); [-#q'S
} 6(q8y(.`
} u$ ^r(.EV
F}5skD=
Public class MediaPlayer j<L!(6B
{ ;9uDV-"
switch (audioType.ToLower()) #}UI
{ W:2j.K9!
case ("mp3"): &Hl
w2^
MP3 m = new MP3(); :,'.b|Tl.b
m.Play(); tYUo;V
break; "
_TAo
case ("wav"): 3C#Sr6
WAV w = new WAV(); T<mP.T,$!
w.Play(); (%{!TJg ZR
break; Lcs?2c:%
} F Zk[w>{
} BR~+CBH
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。 Q+E)_5_sA
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) $,1KD3;+]
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。 $ Vsf?ID
public class AudioMedia b.xG'
{ :)k|Onz
public void Play() e.;B?0QrV
{ kM(,8j
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); N9O}6
} #-g2p?+i&
} .gw6W0\F
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)。 c+UZ UgP
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: -qB{TA-.\
public abstract class AudioMedia WAb@d=H{+>
{ eXtlqU$
public abstract void Play(); .[vYT.LE
} @P<Mc)o^
{
b7%Zd3-
public class MP3:AudioMedia ezr'"1Ba}
{ 6
$+b2&V
public override void Play() {Ytqs(`
{ oD%B'{Zs4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kBrU%[0O
} Kd3EZo.
} C*Dco{
EQ>
>jm^MS=
public class WAV:AudioMedia hKN/&P^
{ (.9H1aO46|
public override void Play() |`@7G`x
{ /Au7X'}
MessageBox.Show("Play the wav file."); @)3orH
} Hr=?_Un"
} I<$m%
.&n;S';"
public class MediaPlayer O29GPs
{ ZG_iF#
//根据需要完成任务的单向分派 4 _Idf
public void Play(AudioMedia media) >W=^>8u
{ biAa&
media.Play(); wRQMuFGY
} 5`1p
?
} a |0f B4G
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)。 Zs}EGC~&
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。 E>`gj~
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: WD?COUEox
public abstract class VideoMedia @s~*>k#"#
{ %CG=mTP
public abstract void Play(); hbTJXP~~?
} KvuM{UI5
*vIC9./
public class RM:VideoMedia j79$/ Ol
{ =42NQ{%@;
public override void Play() lxOUV? m^N
{ to;cF6X
MessageBox.Show("Play the rm file."); ~DUOL~E
} Z}$1~uyw
} l =^ ^l`
{@T<eb$d
public class MPEG:VideoMedia ?F@X>zR2
{ <+e&E9;>6
public override void Play() MF.$E?_R
{ S+//g+e|f
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 17B`
} XQ$9E?|=
} NIxtT>[+3
[fr!J?/@
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 t[b@P<F
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: t-$Hti7Lk
TvwkeOS#}7
public interface IMedia IyGW>g6_.
{ bDM;7fFp$
void Play(); $1;@@LSw
} td\'BV
rJ fO/WK
public abstract class AudioMedia:IMedia T6Ks]6m_
{ wxo{gBq
public abstract void Play(); vB1nj<]&z
} cg'z:_l
L$
ZZ]?7j
public abstract class VideoMedia:IMedia OK=ANQjs(
{ /7p1y v
public abstract void Play(); F`JW&r\
} m15> ^i^W
Dh B*k<S
这样再更改MediaPlayer类的代码: )>8 k8E
public class MediaPlayer 7xjihl3
{ Q(ec>+oi
public void Play(IMedia media) R)BH:wg"
{ oAxCI/
media.Play(); ~mYCXf oc{
} H4JwgQ
} 7DCu#Y[
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 W,sPg\G 3
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。 k{w
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。
^U0)iz
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Xo~kB)|,
{ p)w{}@%r
IMedia media = null; TrmrA$5f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &U0Y#11Cx
{ H"J>wIuGX
case ("mp3"): -%6Y&_5VK
media = new MP3(); -q}I;
cH
break; XCQPVSh
//其它类型略; \s">trXwX
case ("rm"): t[Ywp!y[
media = new RM(); XI58Cy*!
break; :}p<Hq 8Z
//其它类型略; Kzf^ras4u
} G=qT{c8Q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rz]M}!>k
player.Play(media); f`"@7-N
} 25/OV"Z
i $;y
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 cHk ?$
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。 kCZxv"Ts
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。 FG6mh,C!
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。 =Z}=n S?4
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: TOXZl3s5#
public interface IMediaFactory Nr:%yvk%s
{ GMQKR,6VM
IMedia CreateMedia(); TwLQ;Q
}
T6N~L~J
X6k-a;
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: ;J&9l
>
public class MP3Factory:IMediaFactory M5<cHE
{ a5@XD_b
public IMedia CreateMedia() X8212[7
{ J^)=8cy
return new MP3(); }D7} %P]
} ;P!x/Ct
} NG?- dkD
//其它工厂略; ooIA#u
u:GDM
public class RMFactory:IMediaFactory `g!NFp9q
{ HA0Rv#p
public IMedia CreateMedia() =Xh*w
{ h1jEulcMtq
return new RM(); m.2=,,r<Fq
} 35PIfqm
} q_[V9
//其它工厂略; MZK%IC>
^b@&O-&s
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。 rw]7Lr_>
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: /j:fc?yv
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v JPX`T|
{ 6h3TU,$r
IMediaFactory factory = null; L+J)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ePxwN?
{ mqk tM6
//音频媒体 \YrvH
case ("mp3"): V/W{d[86G
factory = new MP3Factory(); %"g; K
break; UcxMA%Pw7$
//视频媒体 #8;#)q_[u
case ("rm"): hR(p{$-T
factory = new RMFactory(); |+r5D4]e
break; x!QA* M
//其他类型略; TU}./b@F
} yOr5kWqX
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); i$W
E1-
player.Play(factory.CreateMedia()); iyr'9BA
} #)
bqn|0l
:Co+haW
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。 Z&j?@k,k
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: 2E_*'RT
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \bzT=^Z;2
{ #,PB(
IMediaFactory factory = null; ~zD*=h2C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) =V*4&OU
{ @(_f}SgfE
case ("mp3"): ruTj#tWSo
factory = new MP3Factory(); 2#g4R
break; (D
<o=Q
//其他类型略; $mZpX:7/u8
case ("rm"): |cd=7[B
factory = new RMFactory(); U7@)RJ
break; )'Yoii{dSU
//其他类型略; %eDJ]\*^X
} FST}:*dOe5
IMedia media = factory.CreateMedia(); M+Jcgb]
media.Play(); ;1[Lwnm
} **L3T3$)
ZFO*D79:K
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。 J0a#QvX!
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。 'p:L"L}Q?
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。 g1zX^^nd,V
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: `p{,C`g,R
^tY$pPA
<appSettings> Isna
KcLM
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> cAAyyc"yJ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> KXTx{R
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> At=l>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Owz.C_{)
</appSettings> vspub^;5\
p&4#9I5
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: sM8 AORd
private void InitMediaType() KIfR4,=Q|
{ }2-p=Y:6
cbbMediaType.Items.Clear(); }R]^%q @&
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >W[#-jA_Z
{ Jb4A!g5C
cbbMediaType.Item.Add(key); ,H+LE$=
} Vn1hr;i]
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; %/(>>*}Kw|
} Ul?92
bu|ecv
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: wBK%=7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L4,Ke
{ )-4xI4
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Md4JaFA(
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); HD95>%
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; wRi` L7
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, :n?K[f?LfY
factoryDllName).Unwrap(); ;uazQyo6
IMedia media = factory.CreateMedia(); /2\%X`]<
media.Play(); |,wp@)e6h
} ]2Q:&T
A/4HR]
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。 3h|:ew[
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: O7AW9*<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 /\_wDi+#
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!