面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) imB/P M
l8e)|MSh
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。 MeAY\V%G=o
一、传统过程化设计思想 n Q{~D5y,,
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: ^AERGB\36
public class MediaPlayer zjzEmX
{ >;%LW}
%
private void PlayMp3() b1%w+* d<z
{ [ u ^/3N
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +-|}<mq
} XD80]@\za
[Mj5o<k;I
private void PlayWav() n(CM)(ozU
{ ;Eh"]V,e
MessageBox.Show("Play the wav file."); VKg9^%#b`[
} FtlJ3fB@
b;NV vc(
public void Play(string audioType) LLbI}:
{ D}UgC\u
switch (audioType.ToLower()) mP?}h
{ QSwT1P'U
case ("mp3"): ;vn0b"Fi3
PlayMp3(); :)h4SD8Y
break; y.(m#&T
case ("wav"): *:`fgaIDa
PlayWav(); Nnoj6+b
break; -OnKvpeI
} -
b`
} BgY|v
[M&
} '{cFr
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。 6rO^ p
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。 `G=+qti
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! LLoV]~dvUu
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。 LLMGs: [
二、面向对象设计思想 'R99m?"
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! 6z'0fi|EN
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: 77j"zr7v
public class MP3 C:f^&4
3
{ _,I~1"
public void Play() LvU/,.$
{ &v Q5+
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 5glEV`.je
} ch0cFF^]
} f lt'~fe
4ywtE}mp
public class WAV dP#7ev]'
{ >t.PU.OM
public void Play() ad=7FhnIa3
{
=l6WO*
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,'sDauFn
} 9NZq
k
} $_e{Zv[
rA@|nL{
Public class MediaPlayer jR*iA3LDo
{ }r"E\~E
switch (audioType.ToLower()) :`0,f ?cE
{ P]L%$!g
case ("mp3"): 8:uh0
MP3 m = new MP3(); )QmmI[,tq
m.Play(); gV*4{d`
break; -w'g0/fD
case ("wav"): '
-aLBAxy
WAV w = new WAV(); TGjxy1A
w.Play(); $}EARW9
break; n"Jj'8k
} VW^q|B yB
} ~4c,'k@
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 YfNN&G4_
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Zjs,R{
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 D7c+/H@PF
public class AudioMedia n*G!=lMji
{ *$/Go8t4u
public void Play() $jBi~QqOf
{ 8
-w|~y';
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *Tmqs@L
} gLx?0eBBA
} .mOm@<Xdg
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)。 Oo
^AE
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: !A14\
public abstract class AudioMedia 1k"i"kRM
{ vi[~Qt
public abstract void Play(); h,K&R8S
} pTJ_DH
]eTp?q%0
public class MP3:AudioMedia ol`q7i.
{ 0\eSiXs
public override void Play() Cq-99@&;
{ rERtOgi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7JY9#+?p>
} CM`Q((
} '|M} 3sL
:73T9/
public class WAV:AudioMedia R80|q#h,]
{ F(,SnSam
public override void Play() xx?0Ftuq
{ `G>|g^6%i
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~u?rjkSFoh
} vv
} J>nta?/,X
NCm=l
public class MediaPlayer 472'P
{ RaC6RH
//根据需要完成任务的单向分派 D^{jXNDNO
public void Play(AudioMedia media) >as+#rz1p
{ JBISA _Y
media.Play(); hG}/o&}U
} !
e?=g%(
} h^J :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)。 2 m72PU<.
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。 dE(d'*+a
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: p%OVl[^jp
public abstract class VideoMedia $=C `V
{ gUp9yV
public abstract void Play(); Af^9WJ
} l8lJ &
h@s i)5"
public class RM:VideoMedia J,=^'K(
{ +ERuZc$3,
public override void Play() paxZlA
o
{ 'qeUI}[
MessageBox.Show("Play the rm file."); BpF}H^V-
} Y2+YmP*z`
} va.Ve# N
-3XnUGK
public class MPEG:VideoMedia ~Oi.bP<,
{ lI5>d(6p
public override void Play() #4Cf-$J
{ lB|.TCbW
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); E/E|*6R
} J/[PA[Rf
} %<h2^H\O
V.o*`V
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。 ldG$hk'
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: w *o _s
t"6u
public interface IMedia AP?m,nd6
{ ;uuBX0B
void Play(); \i)@"}
} +H!aE}
GU xhn
public abstract class AudioMedia:IMedia 9|9/8a6A
{ >DW%i\k1V~
public abstract void Play(); li~=85 J
} H#bu3*'
FWS!b!#,N
public abstract class VideoMedia:IMedia Ej`G(
{ RLDu5
public abstract void Play(); B^x}=Z4
} Fk?KR
w/7vXz<
这样再更改MediaPlayer类的代码: %@;xbKj
public class MediaPlayer mQtOx
{ `1R[J4e
public void Play(IMedia media) 2}ywNVS
{ j9=)^?
media.Play(); v)'Uoe"R%
} @9MrTP
} ZXWm?9uw
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 4ug4[
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 G:MQ_tfr&
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 |:d_IB@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?gXdi<2Qn
{ /IC]}0kkp
IMedia media = null; ,9.NMFn
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0fR?zT?
{ G<t_=j/r
case ("mp3"): l+O\oD?-
media = new MP3(); b28C(
break; SLud}|f;o
//其它类型略; 77G4E ,]
case ("rm"): Ude)$PAe%
media = new RM(); 1,6Y)_
break; ?/KkN3Y_j[
//其它类型略; *@&V=l
} &)EL%o5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); a+n?y)u
player.Play(media); OEHw%
} kgRgHkAH~
cHwN=mg]S
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ?&.Eg^a"
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。 &F +hh{
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。 SS-7y:6y>
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。 iP?=5j=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: p2m`pT
public interface IMediaFactory Wt!NLlN8
{ it=ir9
IMedia CreateMedia(); o31pF
} wpm $?X
<U""CAE
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 5VlF\-
public class MP3Factory:IMediaFactory V j_z"t7q
{ T'VKZ5W
public IMedia CreateMedia() )`m/vYKWL
{ qTnk>g_oS&
return new MP3(); K.6xNQl{}
} :D=y<n;S+
} _ud!:q
//其它工厂略; Y!CGuLHL`[
})ic@ Mmd$
public class RMFactory:IMediaFactory .A<n2-
{ ':T6m=yv
public IMedia CreateMedia() TfFH!1^+
{ 7p,!<X}%
return new RM(); m?<5-"hz
} &$_#{?dPt
} P.]O8r
//其它工厂略; IZ+ZIR@}ci
{>>Gc2UT
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。 x% Eu.jj
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: p87VJ}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <(2,@_~@r
{ 'FGf#l<
IMediaFactory factory = null; 8x<; AL|`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |'12Kv]#Xa
{ </7?puVR
//音频媒体 0'^zIL#.
case ("mp3"): >J@hqW
factory = new MP3Factory(); }9(:W </}
break; a(eUdGJ
//视频媒体 mybjcsV4
case ("rm"): ZCCwx71j
factory = new RMFactory(); {@<EVw
break; jX{t/8v/s4
//其他类型略; .tRWL!
} J"]P"`/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); {K+]^M
player.Play(factory.CreateMedia()); lnRbvulH
} MIWI0bnf
cvQMZ,p
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。 dK?vg@|'
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: 4krK CD>|G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YW)&IA2
{ ZG)%vB2c
IMediaFactory factory = null; u6u1>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) fk:oCPo
{ wr;8o*~
case ("mp3"): F /% 5 r{
factory = new MP3Factory(); twJ)h :!_y
break; !3#*hL1fy
//其他类型略; "]D2}E>U;
case ("rm"): iMr/i?`i
factory = new RMFactory(); L&SlUXyt.c
break; -!z,t7!
//其他类型略; :g=z}7!s
} Z3
$3zyi
IMedia media = factory.CreateMedia(); -+=+W
media.Play(); 7\1bq&a<
} R} aHo0r
,Q8)r0 c
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 fu?Y'Qet
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 RzLbPSTQ
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Ok&u4'<
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: w6[uM%fHG
`l8^n0-
<appSettings> Up kw.`D`
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 6@@J>S>
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Z&R{jQ,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :3Hr:~
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ]za1=~[
</appSettings> AT4G]pT
`FL!L59nz
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: +c^[[ K"
private void InitMediaType() C@i4[g){
{ bC@9
*/i
cbbMediaType.Items.Clear(); ' |>
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) {`vv-[j|
{ Q+UqLass
cbbMediaType.Item.Add(key); lnoK.Vk9,
} ]OKs65
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; vo_m$ /O
} LE:nmo
71ctjU`U2
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: %l7|+%M.{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *@2?_b}A
^
{ _n;V iQMu
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); v&GBu
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); y84=Q
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 3tlA!e
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, c`(] j
w
factoryDllName).Unwrap(); g&30@D"
IMedia media = factory.CreateMedia(); oX9rpTi
media.Play(); D|[~Py
} KC-q]
*VFUC:
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。 P+Ta|-
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: (Wu_RXfCw_
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Q!<b"8V]
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!