面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ,%Go.3i[
Qdt4h$~V"
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 3+:F2sjt
一、传统过程化设计思想 s>pM+PoGYd
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: EhWYFQ
public class MediaPlayer C?OqS+
{ !i4/#H
private void PlayMp3() Lp1\vfU<+
{ I(rZ(|^A
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +g.lLb*#
} *I)F5M
<D}yqq@|
private void PlayWav() |FED<
{ 4eD>DW
MessageBox.Show("Play the wav file."); QYB66g:
} qS|ns'[
UO~Xzx!e
public void Play(string audioType) rl/]Ym4j
{ pc+'/~
switch (audioType.ToLower()) 8cKP_Ec
{ n?a?U:
case ("mp3"): >^!)G^B
PlayMp3(); 1@}s:
break; *'l|ws
case ("wav"): f3;.+hJ])
PlayWav(); 1r9.JS
break; zEBUR%9
} b=$(`y
} UiE 1TD{
} 5Z]]xR[
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。 Q0j4c
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。 Crg@05Z
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! vRI0fDu
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。 !pJd^|4A]
二、面向对象设计思想
4QZ|e{t
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! pB;8yz=
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: 59k[A~)~
public class MP3 ORDVyb_x
{ *xV
public void Play() 9YQYg@+R
{ k]"DsN$
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ][?@))
} +"?O2PX
} :P/0 "
4NK{RN3
public class WAV &x.n>O
{ 1}/37\
public void Play() nBg
tK
{ JIOeDuw+
MessageBox.Show("Play the wav file."); E{8-VmY
} Sv>bU4LHf
} B;Dl2k^L
~q,Wj!>Ob
Public class MediaPlayer '_fj:dy
{ a<CJ#B2K
switch (audioType.ToLower()) NK!#K>AO
{ /6@$^paB
case ("mp3"): n4A#T#D!t3
MP3 m = new MP3(); s`dwE*~
m.Play(); +@mgb4_
break; *|*6q/
case ("wav"): \$Q?
WAV w = new WAV(); Lk`,mjhk
w.Play(); ~!7!Y~(+
break; bNh~=[E
} 4?',E ddo
} V2oXg
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Xaw&41K
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) d`sIgll&n
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 phP%
public class AudioMedia =IEei{
{ c[zGWF#1>
public void Play() w|[{xn^R
{ /oC@:7
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); P
~rT uj
} =u<jxV9
}
`)n/J+g
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 p%#=OtkC
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ZxoAf;U~
public abstract class AudioMedia S%IhpTSe6
{ VlFhfOR6t
public abstract void Play(); s$ZKd
} shuoEeoo
r"$~Gg.%(
public class MP3:AudioMedia hOM#j
{ VK[`e[.C
public override void Play()
["BD,mB
{ Xf%wW[~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ojbms>a
} i~ITRi@
} m
?#WQf
Jq8:33s
public class WAV:AudioMedia z;lWr(-x
{ <d~IdK'\x
public override void Play() Fx3 X
{ 7OdJ&Gzd
MessageBox.Show("Play the wav file."); /;;$9O9
} "}^}3"/.
} Z_(P^/
p"|0PlW
public class MediaPlayer ?F^O7\rw
{ Lt2<3DB
//根据需要完成任务的单向分派 3FsX3K,_X
public void Play(AudioMedia media) F-GrQd:O=
{ "VgPaz#
media.Play(); 1qE*M7_:E>
} >p>B-m
} ~yu\vqN
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)。 JLh{>_Rr
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。 Ocf :73t
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: V*%Lc9<d
public abstract class VideoMedia <G /a-Z
{ cIQe^C
public abstract void Play(); Rc#c^F<
} ?X nKKw\
UI_u:a9Q/
public class RM:VideoMedia `2a7y]?
{ .mvpFdn
public override void Play() k~=W1R%
{ 8fC5O
MessageBox.Show("Play the rm file."); D[Kq`
} 0}wmBSl
} +?ilTU
qK,PuD7i"
public class MPEG:VideoMedia !CUX13/0
{ 6fV;V:1{
public override void Play() ij&T\):d
{ UhbGU G
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 1JY3c
M
} UUR` m
} d_)VeuE2
d6zfP1lQ
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。 !BEl6h
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: ;6tGRh$b
zdgSqv
public interface IMedia _.+2sm
{ T3In0LQ
void Play(); , A;wLI
} VL8yL`~zc.
*x@.$=NF"
public abstract class AudioMedia:IMedia XpT+xv1`;
{ c+.?+g
public abstract void Play(); Dz<vIMLF{
} ~vw$Rnotz
[zr2\(
public abstract class VideoMedia:IMedia `c'R42SA
{ Qt"i
public abstract void Play(); 9k3RC}dEr
} \PM5B"MDZ
p&W{g$D>
这样再更改MediaPlayer类的代码: 0'O6-1Li
public class MediaPlayer .Gn-`
{ r(p@{L185
public void Play(IMedia media) I0v4TjHH
{ VPUm4%?p$
media.Play(); FV5~sy
} 2i~zAD'
} N&]_U%#Q
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 +J
<<me4
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 4C`p`AQqpQ
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 DNGj8 1'c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x?n13C
{ +W^$my)<
IMedia media = null; +.IncY8C$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @9\L|O'~?
{ f6JC>Np
case ("mp3"):
k'PN fx\K
media = new MP3(); `c /mmS
break; ?.6fVSa
//其它类型略; o>@9[F,h+
case ("rm"): Ht&%`\9s
media = new RM(); _7N^<'B
break; %]fi;Z
//其它类型略; R[f@g;h
} 9 $Ud\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); LHHDD\X
player.Play(media); c-=z<:Kf
}
y aLc~K
`l}+BI`4
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 BB3wG*q
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 <iNxtD0
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 \) vI-
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。 ;)'
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: {]3Rk
public interface IMediaFactory ~s-"u
*>
{ IpKpj"eoLy
IMedia CreateMedia(); Oi,:q&
} +|6 u
0&R^
]=jpqxlx
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: OG{vap)
public class MP3Factory:IMediaFactory DW0UcLO
{ DRmN+2I
public IMedia CreateMedia() 1LonYAHF
{ iU "{8K,
return new MP3(); 4<q'QU#l<
} gYW
} q*d@5
//其它工厂略; zi= gOm
$-"V
2
public class RMFactory:IMediaFactory 'h{| ]
{ :{M1]0NH
public IMedia CreateMedia() ,]Q
i/m
{ 2PG= T/
return new RM(); Z=[?Tf
} xOBzT&
} Y!fgc<]'&
//其它工厂略; xL}~R7
m$80D,3
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 #ByrX\
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: z-`-0@/A$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) GCv*a[8?n
{ *."a>?D~
IMediaFactory factory = null; TY*uK
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T5? eb"
{ k C=h[<'
//音频媒体 Jpr`E&%I6
case ("mp3"): wSIfqf+y
factory = new MP3Factory(); Ob
m%\h
break; AlhPT (
//视频媒体 |QxT"`rT
case ("rm"): 3FE=?Q
factory = new RMFactory(); 3p#BEH<re
break; ~#nbD-*#
//其他类型略; uJu#Vr:m
} MT(G=r8
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); XS`=8FQ
player.Play(factory.CreateMedia()); $p~X"f?0
} uH=^ILN.
;SVAar4r
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 !1fAW!8
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: }8)iFP&"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +nm?+F
{ >%Nqgn$V
IMediaFactory factory = null; 2/.I6IbL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Nc[[o>/Cb
{ IM*T+iRKqF
case ("mp3"): `cn}}1Lg]
factory = new MP3Factory(); i[rXs/]
break; Lk:Sju
//其他类型略; {>8u/
case ("rm"): L__J(6,V2
factory = new RMFactory(); vu=`s|R
break; O&ZVu>`g
//其他类型略; Yo a|.2f
} :+$/B N:iO
IMedia media = factory.CreateMedia(); EViQB.3w\
media.Play(); >cRE$d?
} D<UX^hU
O[v(kH'
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。 ;@lC08SE
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。 I%gDqfdL
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。 GZk{tTv
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: qTi%].F"G
.C?rToCY
<appSettings> 9w08)2$Na
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> VKb'!Ystl
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> i)mQ?Y#o
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> \*.u(8~2o
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $zYo~5M?i-
</appSettings> 5dem~YY5
d;WXlE;
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: ZZ@1l
private void InitMediaType() L"ob))GF
{ ,V{Cy`bi
cbbMediaType.Items.Clear(); 8 CN~o|uN
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) +u]L#].;
{ HVkq{W|w
cbbMediaType.Item.Add(key); %MUh_63bB
} @-H D9h
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; _tO:,%dL
} (Aw!K`0Y1
2nA/{W\ hC
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: #5/.n.X"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ac< hz0
{ fqQ(EVpQ
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); &<\i37y
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); iqh"sx{5bp
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; z*BGaSX %
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ;JAb8dyS2
factoryDllName).Unwrap(); })^%>yLfc|
IMedia media = factory.CreateMedia(); |6y(7Ha
media.Play(); )EptyH
} cO^}A(Ma(
jo^+
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。 \V/;i.ng
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: />[X
k
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 7PG|e#
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!