面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) @qPyrgy
d%lHa??/h
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$#l4
一、传统过程化设计思想 l}0V+
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: l-S'ATZ0p
public class MediaPlayer T5azYdzJy
{ QG|GXp_q`
private void PlayMp3() zZ9<4"CIk
{ 9*|3E"Vr
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); %md^S
|
} V 7l{hEo3?
?JgO-.
private void PlayWav() H_?B{We
{ hOB\n!
MessageBox.Show("Play the wav file."); pf8O`e,Awf
} $}nh[@
XalJo@%-
public void Play(string audioType) 9c6GYWIFt&
{ h
??C4z
switch (audioType.ToLower()) A!{.|x[S44
{ F@$RV_M
case ("mp3"): 8pPC 9ew\=
PlayMp3(); ^.#X<8hr
break;
3kiE3*H
case ("wav"): 9Yl8ndP^E
PlayWav(); /S]:dDY9K
break; [vWkAJ'K
} `pi-zE)
} t0bhXFaiE
} abo>_"9-
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。 ~`2&'8
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。 u`Z0{d
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! zr.+'
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。 .%?-As
二、面向对象设计思想 H^D
3NuUC
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! TF=k(@9J?
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: 3qiJwo>
public class MP3 q9^Y?`
{ rX33s
public void Play() A
mI>m
{ hza> jR
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); dK}WM46$
} #0bO)m+NZ
} oWp}O?
ZU|6jI}
public class WAV dP$8JI{
{ )'[x)q
public void Play() "{A*(.
{ ;8*XOC;[
MessageBox.Show("Play the wav file."); h
`\$sT!Z
} nn @^K6
} 7m:|u*ij2~
UzgA26;
Public class MediaPlayer v/R[?H)
{ b0@>xT
switch (audioType.ToLower()) b4Z`y8=
{ R"U/RS
case ("mp3"): &yxNvyA[u
MP3 m = new MP3(); AH2_#\
m.Play(); /m`}f]u
break; s\'y-UITi1
case ("wav"): p)B33ZzC
WAV w = new WAV();
qH#r-
w.Play(); R_1)mPQ^P
break; ,VNi_.W0
} DW/1 =3
} b7B+eN ?z
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 :}y9$p
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Ap5}5 ewM
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。 |[S90Gw]
public class AudioMedia hv+|s(
{ 4q>7OB:e
public void Play() (O\U /daB
{ &5\^f?'b7
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); d_Q*$Iz)3
} #zON_[+s9
} qWsylC23
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 >Z+"`"^o}
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Q
[rj
public abstract class AudioMedia 'yp>L|
{ M.>^{n$
z
public abstract void Play(); 0b/ir 2
} vQ:wW',i
o:2Q2+d
public class MP3:AudioMedia nX0HT
)}
{ {?E<](+0
public override void Play() _e%dM
{ L0rip5[;d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;{vwBDV!'
} CuH2E>wz
} !fY7"E{%%
~C&*.ZR
public class WAV:AudioMedia &&=[Ivv
{ Cye
T]y
public override void Play() t\h$&[[l'z
{ pSHSgd~&
MessageBox.Show("Play the wav file.");
#j;Tb2&w
} _7U]&Nh99
} +l`65!"
'Qa5n\HX$
public class MediaPlayer N0i!l|G6
{ 96d~~2p
//根据需要完成任务的单向分派 1y
J5l,q
public void Play(AudioMedia media) UuU/c-.
{ L!t@-5~
media.Play(); ,CP5~4u
} <5S@ORN
} 57wFf-P
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)。 {;s;.
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。 ,`k_|//}=
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: K]c4"JJ
public abstract class VideoMedia lbQQtpEKO
{ >M]6uf
public abstract void Play(); `vd= ec
} {(
#zcK
bu>qsU3
public class RM:VideoMedia Dj i^+;"&
{ ? B@E!/f
public override void Play() 9mlIbEAb
{ JK]R*!{n
MessageBox.Show("Play the rm file."); h.)h@$d
} &(EHq
} v,=v
8)N@qUV
public class MPEG:VideoMedia _A98
{ !Uh2}ic
public override void Play() F.tfgW(A@
{ mpgO s
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); xg<Hxn,<M
} 41G5!=i
} y%S1ZTScO
.%}?b~
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 s,6`RI%
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: W+Xz$j/u
`:eU.
public interface IMedia -&|:0#@P
{ #sTEQjJ,J
void Play(); fmfTSN(Q~`
} VIC0}LT0R
`0ZZ/]
!L
public abstract class AudioMedia:IMedia Qck|#tc
{ u7fK1 ^O
public abstract void Play(); :IMdN}(L
} <F;v`h|+S
OoBCY-gj*
public abstract class VideoMedia:IMedia D-2.fjo9!
{ 7Vu ?
public abstract void Play(); 33'Y [4
} 0V$k7H$Z
k'T^dY&c
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?WUF!Jk
public class MediaPlayer DZ$`
4;C[
{ W#'c5:m
4
public void Play(IMedia media) 08s_v=cF
{ QzOkpewf
media.Play(); mj&57D\fq
} .B72C[' c
} R\mR $\cS
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 x}TS
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 =PkO!Mm8
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 <q
(z>*-e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p =(@3%k
{ a(IY\q[Wh
IMedia media = null; *T`-|H*6@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J-xS:Ha'l
{ cc}Key@D
case ("mp3"): 7a4o1;l
media = new MP3(); iD`d99f8O
break; l[Q:}y
//其它类型略; &<y2q/U}
case ("rm"): q[3x2sR
media = new RM(); i;z{zVR
break; 'sh~,+g
//其它类型略; h6_(?|:-(
} C NsNZJ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dq\FBwfe
player.Play(media); G{Yz8]m
} 3S*AxAeg
y [#pC<^
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 8uNULob
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Jzkq)]M
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ;5_{MCPM
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 *\}}Bv+9
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: mLh kI!4[
public interface IMediaFactory dS2G}L^L
{ j;b42G~p
IMedia CreateMedia(); p;T{i._iL
} h!rM^
N_eX/ux
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: VU`OO$,W
public class MP3Factory:IMediaFactory S! Rc|6y%
{ uhyj5u)
public IMedia CreateMedia() VhL{'w7f
{ 7hP<f}xL
return new MP3(); ({r*=wAP
} kIHDeo%K}
} <%.5hCTp97
//其它工厂略; VKp*9%9
hc#!Lv
public class RMFactory:IMediaFactory vhbDb)J
{ 4y:]DC"
public IMedia CreateMedia() kOOGw:/
{ -l~Z0U>^
return new RM(); Vj<:GRNQ,d
} e^p
+1-B
} N|N3x7=gs
//其它工厂略; 5r~#0Zf*
5 @U<I
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。 3E3U /K
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: sUZX
}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~Q{QM: k
{ !oPq?lW9
IMediaFactory factory = null; k.<]4iS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5=Xy,hmnC
{ 32DbNEk
//音频媒体 zgx&Pte
case ("mp3"): L`f^y;Y.
factory = new MP3Factory(); K<?nq0-
break; o#) {1<0vg
//视频媒体 }En
case ("rm"): !+>v[(OzM
factory = new RMFactory(); qm/Q65>E
break; :NJ_n6E
//其他类型略; pl@O
N"=[
} NBl+_/2'w
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )?+$x[f!*
player.Play(factory.CreateMedia()); vgY3L
} oSiMpQu08
)?_#gLrE6
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 E_Z{6&r
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: C~fjWz' V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) O~j> ?
{ ojYbR<jn9
IMediaFactory factory = null; 'z76Sa
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sn7AR88M;
{ |*Z$E$k:
case ("mp3"): Lg8nj< TF
factory = new MP3Factory(); zp\8_ U@
break; CYOI.#m2
//其他类型略; db'/`JeK
b
case ("rm"): afjtn_IB
factory = new RMFactory(); !.2<| 24
break; HeBcT^a
//其他类型略; *6HTV0jv
} COH<Tj
IMedia media = factory.CreateMedia(); m/#a0~dB
media.Play(); +"9hWb5
} g^*<f8 ~d
; ^t{Il'j
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 N0hE4t
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 dJ$"l|$$
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。 fXrXV~'8
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: d%l{V6
^u3V
E
<appSettings> OL4z%mDZi
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> oIUy -|
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> {U&.D
[{&
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 74!oe u.>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !9 fz(9
</appSettings> + QQS={
06jqQ-_`h
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: hig2
private void InitMediaType() [+O"<Ua
{ .<kqJ|SVi
cbbMediaType.Items.Clear(); KNH1#30 K
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) v<Bynd-
{ y%
:4b@<
cbbMediaType.Item.Add(key); 2]% h$f+
} E=){K
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; UH3sH
t
} pp9Zb.D\
mPq$?gdp
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 1lv2@QH9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v\(2&*
{ 2^?:&1:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); qI^
/"k*5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); n3J53| %v
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Z7 E
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, bWOS `5
factoryDllName).Unwrap(); re> rr4@
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?%H):r
media.Play(); _X@v/sAy
} cQ9q;r`%
{Zp\^/
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。 Nk {XdrY
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!)O6?l
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 \Qm CeB
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!