面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) }xgs]\^,73
7bR[.|T
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。 HLqDI lL
一、传统过程化设计思想 nr&9\lG]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: v}@Uc-(
public class MediaPlayer xzf/W+.>.
{ S=$ \S9
private void PlayMp3() Z/OERO
{ ]hbrzvo
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); | }d+BD
} u!McPM8Yk
<V|\yH9
private void PlayWav() 66po SZR@
{ iS`ok
MessageBox.Show("Play the wav file."); (Y"./BDY
} - P4X@s_;
{$C"yksr
public void Play(string audioType) ^+Vf*YY
8
{ Zy>y7O(,
switch (audioType.ToLower()) c >xHaA:V
{ u>V~:q\X
case ("mp3"): -I~\
PlayMp3(); (?P\;yDG
break; Z_Y gV:jc
case ("wav"): Q6CVMYT
PlayWav(); {G=|fgz
break; | 8akp
} W}WDj:
} = @lM*
} Qgq VbJP"
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。 D<T:UJ
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。 W'v
o?
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! !"
@<!
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。 AzSmfEaU0
二、面向对象设计思想 /7WdG)'
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! D+Z2y1
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: zo1fUsK?
public class MP3 12}!oS~_
{ n_6#Df*
public void Play() )1!0'j99.
{ UDlM?r:f
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); s=<65
} V" KuwM
} ;/!o0:m^I
4!-/m7%eF
public class WAV |Pv)&'B"
{ g2YE^EKU~
public void Play() R3*{"!O
{ B3E}fQm )
MessageBox.Show("Play the wav file."); *EFuK8 ;
} ]#W9l\
} :,.HJ[Vg&
)eH?3""
Public class MediaPlayer V%voe
{ 1 ;Uc-<
switch (audioType.ToLower()) MSe>1L2=
{ .lGN
Fx
case ("mp3"): 5
axt\
MP3 m = new MP3(); E*L5D4Kw
m.Play(); aX*7tRn_%
break; <'~6L#>,<
case ("wav"): O:#/To'
WAV w = new WAV(); )Dyyb1\)
w.Play(); 'wo}1^V
break; /mK]O7O7
} !y3XIbdS"
} Mz;KXP
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。 Eg1|Kg\&
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) S"@@BQ#mf
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。 :#=BwdC
public class AudioMedia oz l>Au
{ a#&\65D
public void Play() H5be 5
{ Cjj(v7[E
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ?8q4texf[
} )00jRuF
} Lv
*USN
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)。 Kn}Y7B{
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: %:7/ym[
public abstract class AudioMedia R xc
{ od*#)
public abstract void Play(); :e\M~n+y
} c&"1Z/tR
0bjZwC4J
public class MP3:AudioMedia H^g&e$d0
{ bUc++M
public override void Play() [!4V_yOb
{ 7Kti&T
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i"n1E@
} fF.+{-.
} peVzF'F
>n%ckL|rG
public class WAV:AudioMedia ,n$HTWa@0
{ l;h5Y<A%?
public override void Play() )Zrn?KM
{ [V0%=q+ R
MessageBox.Show("Play the wav file."); $Y%,?>AL<
} ;kD
Rm'(
} unyU|B
o>I,$=
public class MediaPlayer z/i&Lpr:
{ 9dp1NjOtAc
//根据需要完成任务的单向分派 IC-W[~
public void Play(AudioMedia media) T|uG1
{ >vNE3S_
media.Play(); 2D"aAI<P
} /Y| <0tq
}
mEbj
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)。 qG#ZYcVec
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。 gVs@T'
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: #X0Y8:vj
public abstract class VideoMedia *Q;?p
hr
{ Bu4@FIK!C
public abstract void Play(); =@MJEo` D
} x(A6RRh
n{"a0O
public class RM:VideoMedia m5cRHo<9Y
{ *4c5b'u
public override void Play() &PFK0tY
{ <BK?@Xy
MessageBox.Show("Play the rm file."); "MyMByomQ
} !'a
<Dw5
} ~g*5."-i
}`]Et99Q5
public class MPEG:VideoMedia 5)ooE
{ |]b,% ?,U
public override void Play() . $
HE
{ '-P+|bZW4
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); h/*@ML+bB8
} "lL/OmG
} ?)7UqVyq
/?*ut&hwv
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。 ?3<Y/Vg%c
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: 3]kN9n{
&5hs
W1`
public interface IMedia gq~"Z[T
{ f0*_& rP
void Play(); c~!ETwpHQ
} z<8VJZd
i\=I` Yn+
public abstract class AudioMedia:IMedia wqgKs=y
{ Asj<u!L
public abstract void Play(); g-cg3Vso
} AsI.8"
q&^H"
fF
public abstract class VideoMedia:IMedia qf{HGn_9~1
{ So4#n7
public abstract void Play(); c,#Nd@
} rVp^s/A^;
kH4m6p
这样再更改MediaPlayer类的代码: l)V646-O,~
public class MediaPlayer A:5P
{ (iht
LFp
public void Play(IMedia media)
\8USFN~(Y
{ nPH\Lra
media.Play(); 7H4kj7UK
} 97pnq1b
} /'^BHA|h
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Fzz9BEw(i
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。
!$<Kp6
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 ^}lL@Bd|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .GWN~iR(
{ !04^E
IMedia media = null; ?"@SxM~\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P@Vs\wAT
{ m;PTO$--
case ("mp3"):
JY_!G
media = new MP3(); }xY|z"&
break; o%K1!'
//其它类型略; "WH
&BhQYD
case ("rm"): b(> G
media = new RM(); ;|f]e/El
break; |V^f}5gd
//其它类型略; ,QLy}=N
} nFwdW@E9
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); biVsbxYurq
player.Play(media); X"%eRW&qu/
} @==
"$uRw
m3|l-[!OA"
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 r$%,k*X^
k
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。 -#g0
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。 ZQmg;L&7
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。 @FN1o4&3
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: w7~&Xxa/
public interface IMediaFactory d!"gb,ec
{ M*dou_Q
IMedia CreateMedia(); Apkb!"}>
} ")w~pZE&+
,fj~BkW{
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:Z|# i-
public class MP3Factory:IMediaFactory oM,UQ!x<
{ vQ[ TcV
public IMedia CreateMedia() (R!.=95@
{ s2K8|q=
return new MP3(); zZV9`cqZ{
} "rw'mogRL
} \G6V -W
//其它工厂略; w^S]HzMd
' &Nv|v\V
public class RMFactory:IMediaFactory 4rD&Lg'
{ 2F:X:f
public IMedia CreateMedia() (KR.dxzjf
{ MA v-#
return new RM(); dkZ[~hEQG-
} pFEU^]V3*
} (-{.T
//其它工厂略; "mcuF]7F
D*8oFJub
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。 Q5;EQ.#
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: gn[h:+H&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YTfMYH=}
{ j g_;pn
IMediaFactory factory = null; OPDRV\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i\\,Z
L
{ 9>d~g!u=
//音频媒体 ^2mCF
case ("mp3"): 1@`mpm#Y
factory = new MP3Factory(); _"qX6Jc
break; UujKgL4
//视频媒体 </qli-fXB}
case ("rm"): 9Oc(Gl5az
factory = new RMFactory(); Q_A?p$%;L
break; R<ZyP~
//其他类型略; /^Zgv-n
} 0,m@BsK
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); RZI4N4o
player.Play(factory.CreateMedia()); lLuAg ds`
} y-vBC3
WOf*1C
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 -[>G@m:?e
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: uh~,>~a|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
Tv~Ys#
{
19^B610
IMediaFactory factory = null; 1.q
a//'RW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6s&%~6J,
{ gz`P~7-w:
case ("mp3"): %2rUJaOgy$
factory = new MP3Factory(); sTFRu
break; wfBf&Z0{
//其他类型略; WJw
%[_W
case ("rm"): Z~ {[YsG
factory = new RMFactory(); nV?e(}D
break; SR&'38UCe
//其他类型略; ^+Stvj:N
} FLOSdMYdw
IMedia media = factory.CreateMedia(); y
;T=u(}
media.Play(); F7qQrE5bl
} <}^l MBa
g+92}$_
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。 -$5nqaK?
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ;PG,0R`Z;
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 1M/_:UH`
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: a gxR
V
(% f2ZNen
<appSettings> '5m`[S-IU
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> %^66(n)
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ;l2pdP4jf
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 5nJmabw3
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> tD !$!\`O
</appSettings> fW.)!EPO
rJ}k!}G
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: \Dn
an5H/
private void InitMediaType() 8t
Ef>
{ NKS-G2Y<P
cbbMediaType.Items.Clear(); YkbZ 2J*-
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Fl&Z}&5p
{ \Z%V)ZRi=
cbbMediaType.Item.Add(key); ~J,e^$u
} ia}V8i
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; $mp'/]
} nXnO]wXC
-?&s6XA%#
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: p[M*<==4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ON/U0V:v
{ >rb8A6
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); -v7O*xm"
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); \@i4im@%xU
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; t)/:VImY
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 5L8 )w5
factoryDllName).Unwrap(); $"G=r(MW
IMedia media = factory.CreateMedia(); &;O)Dw
media.Play(); '-[~I>o%
} dNMz(~A[Y
ai,Nx:r
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。 ~)\E&c
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: (jY -MF3
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 '6&a8&:
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!