面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) b]Kb ~y|
<uJ
{>~
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。 1cMLl6Bp>
一、传统过程化设计思想 ]B3+&g
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: 2yZ~j_AF[
public class MediaPlayer m ie~.
"
{ XTk
:lzFH
private void PlayMp3() |2n*Ds'
{ im9EV|;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); pU<J?cU8N
} wbcip8<t
n'{jc6&|
private void PlayWav() x=L"qC9f/
{ /wJ4hHY
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3`{;E{
} DEhR\Z!
Ta/zDc"e
public void Play(string audioType) 2|i1}
{ UF6U5],`u
switch (audioType.ToLower()) ~*y7%L4B
{ pY3/AO=
case ("mp3"): .d[^&<^
PlayMp3(); bp}97ZQ
break; `Npo|.?=
case ("wav"): kdlmj[=
PlayWav(); fp\mBei
break; YQFz6#Ew
} R@5eHP^
} DNgh#!\X
} AB,(%JT/2{
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。 s-'~t#h
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。 EA1&D^nT
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! B[EOz\?=m
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。 ;r~1TUKb
二、面向对象设计思想 %saP>]o
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! }qoId3iY!7
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: r(Z?Fs/
public class MP3 Gf9sexn]l
{ &Ejhw3Nw
public void Play() :@P6ibcX
{ cZF|oZ6<
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @4Bl&(3S
} bV2a2#kj
} :E|Jqi \
"nfi:A1
public class WAV ,X:3w3nr^
{ x7^VU5w#
public void Play() 517wduj
{ r#1W$~?>
MessageBox.Show("Play the wav file."); X(Mpg[,N"
} .o]I^3tfc
} "M/) LXn:0
cC/32SmY4
Public class MediaPlayer sq(5k+y*J
{ rr\u)D#)
switch (audioType.ToLower()) y4|<+9<7
{ ?SO!INJ
case ("mp3"): S#oBO%!
MP3 m = new MP3(); }1[s ,
m.Play(); /U!B2%vq_
break; +aM[!pW(e
case ("wav"): st)v'ce,
WAV w = new WAV(); a'Odw2Q_
w.Play(); :OjmaP
break; NvTK7? v
} 8rlf9m
} lc~c=17
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。
E^5
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) mS;WNlm\
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 -}j(_]t
public class AudioMedia )p;t
'*]
{ 8EdaqF
public void Play() [bX^_ Y
{ dyf>T}Iy
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); (;05=DsO
} Hf1b&8&:K
} 3dbaCusT$
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)。
nVgvn2N/
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: v 5pkP
public abstract class AudioMedia "x$L2>9
{ TJW8 l[M
public abstract void Play(); *HHL a
} [:(O`#
K
re*~ "
public class MP3:AudioMedia eFf9T@
{ 5izpQ'>
public override void Play() m*jE\+)=^
{ o$% KbfXO]
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); TNN@G~@cm
} AX6:*aZB
} ecH7")
Kf(Px%G6K
public class WAV:AudioMedia E>*Wu<<
{ 1R*;U8?
public override void Play() R=,
pv'
{ }aa]1X(u
MessageBox.Show("Play the wav file."); KQ6][2-
} et/l7+/'
} <Z_\2
YWA
TC'SDDX
public class MediaPlayer -$=RQH$9
{ aQY.96yo
//根据需要完成任务的单向分派 }QQl.'
public void Play(AudioMedia media) ~l] w=[
z
{ {6Nbar@3
media.Play(); L7GNcV]c
} /u90)x
} (vi^ t{k
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 y,1U]1TP
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ,|?#+O{
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: x5smJ__/
public abstract class VideoMedia lB/^
{ ;*FY+jM
public abstract void Play(); |9$C%@8
} -"2 t^Q
%"
mki>
public class RM:VideoMedia lWJYT<kt
{ x30|0EHYl[
public override void Play() A0;{$/
{ fU%Ys9:wU
MessageBox.Show("Play the rm file."); };"_Ku4#-
} QZ7W:%r(4
} Xa;wx3]t
"7Kw]8mRR
public class MPEG:VideoMedia &"T7KXx
{ 5"!K8
N
public override void Play() z52F-<
{ .-MJ5 d:
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); jw\4`NZ]
} ouo IbA9X
} pjV70D8$A
4$N,|bt
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 /FW$)w2{j
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: 2Q%M2Ua
zp'hA
public interface IMedia n4XkhY|
{ s-x1<+E(
void Play(); -H[@]Q4w
} g}hNsU=$5~
RhF<{U.
public abstract class AudioMedia:IMedia mKV31wvK}
{ pK_zq
public abstract void Play(); rij%l+%@#
} ~mah.8G
'aD"v>
public abstract class VideoMedia:IMedia <j#IR
{ CV{ZoY
public abstract void Play(); QJR},nZ3
} O)&ME
&\6(iL
这样再更改MediaPlayer类的代码: SLN OOEN
public class MediaPlayer ;BWWafZ
{ +@8, uL
public void Play(IMedia media) I3x+pa^]2
{ /L!
=##
media.Play(); "iK'O =M
} 0lYP!\J3]%
} |rhB@k
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Tb:'M:dM"
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 SnvT !ca
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 "?
V;C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4-'0# a
{ m%"=sX7/9
IMedia media = null; =Bh,>Kg
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) G$Fo*;Fl
{ Jzy:^PObT
case ("mp3"): $SFreyI;Uf
media = new MP3(); 94*MRn1E
break; ) 54cG
//其它类型略; _x!/40^G
case ("rm"): }I`o%GL
media = new RM(); *(/b{!~
break; G2c\"[N1/
//其它类型略; L-q)48+^k
} hA&m G33
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); n36@&q+B&
player.Play(media); -,mV~y
} [,~;n@jz
^$oEM0h
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 fG.6S"|M
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。 +>a(9r|:
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。 es+ZPX>Y
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。 NJoHrhC='
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: QOJ5
public interface IMediaFactory |
ObA=[j
{ 8zJye6f;l
IMedia CreateMedia(); MfFmJ7>Bg
} 1O)m(0tb[
%JA^b5''
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: !|ic{1!_
public class MP3Factory:IMediaFactory 5Go@1X]I
{ B&*`A&^y
public IMedia CreateMedia() -&v0JvTJ9j
{ r>"l:GZ
return new MP3(); .0X 5Vy
} ~1,$
} = P$7
"
//其它工厂略; 0\"]XYOH
<
r b5'
public class RMFactory:IMediaFactory +tYskx/
{ "oR%0pU*
public IMedia CreateMedia() }1sd<<\`
{ $O\]cQD`u
return new RM(); N#:W#C{16w
} Wp^|=
} 6-{wo)p
//其它工厂略; {;JFoe+
*tDxwD7
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。 .^rsVNG
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: |hu9)0P
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) F22]4DLHO
{ H}1XK|K3#H
IMediaFactory factory = null; UM+g8J{$*;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >-`-D=!V
{ ai4ro"H
//音频媒体 2)q$HUIX
case ("mp3"): +]C|y ,r
factory = new MP3Factory(); U\YzE.G1]S
break; g9=O<u#
//视频媒体 #'y^@90R
case ("rm"): N\hHu6
factory = new RMFactory(); h>|IA@;|f
break; P>*`<$FR
//其他类型略; `DP4u\6_
} {E1^Wn1M
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dJ{'b'#
player.Play(factory.CreateMedia()); _ukBp*u
} ~c>]kL(,
ITU6Eq
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 {8~xFYc:
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: !OR%AdxB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0'` #I
{ nh"LdHqiDB
IMediaFactory factory = null; %#lJn.o
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j5 W)9HW:
{ {w9GMqq
case ("mp3"): 3 k)P*ME#
factory = new MP3Factory(); KKw J=za
break; o{K#LP
//其他类型略; 1tCe#*|95
case ("rm"): nqib`U@"
factory = new RMFactory(); ~_4$|WKl
break; `g(r.`t^
//其他类型略; Ar[$%
} %h=cwT6
IMedia media = factory.CreateMedia(); P # Z+:T
media.Play(); +[=%W
} {gS7pY%_W
?
y^t
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 G5zsId
dS
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 9M .cTIO{
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 &8Oy *'
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: XZpF<7l
%4h$/~
<appSettings> f\vg<lca
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> :k oXS
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> e?XQ,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Hl*/s
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Z<[f81hE&
</appSettings> $4rMYEn08
/m*+N9)
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Z E},xU%
private void InitMediaType() Q-$EBNz
{ 8$6^S{M3
cbbMediaType.Items.Clear(); !K_ ke h
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 7|pF(sb0
{ jb!15Vlt"
cbbMediaType.Item.Add(key); UE%~SVi.#
} lRA!
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 83gp'W{|
} DzK%$#{<
:g"UG0];
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: $N17GqoC
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c
UHKE\F
{ Bpl(s+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); .s>PDzM$
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); w!/se;_H+w
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; .c2Zr|X
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, =%G<S'2'
factoryDllName).Unwrap(); 3h>56{P
IMedia media = factory.CreateMedia(); :~dI2e\:
media.Play(); + |d[q?
} p#fV|2'
]$
iqJL
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。 OLgW.j:Ag
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: 9A9yZl t
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 YW UCrnr
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!