面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :%-w/QwTR
[KL-T16
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。 k{F]^VXQ
一、传统过程化设计思想 9-+N;g!q
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: uf^HDrr<L
public class MediaPlayer `r'$l<(4WV
{ =`ZRPA!aY
private void PlayMp3() hmkm^2
{ ,njlKkFw^Z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); !,|-{":
} eo*l^7
l6*MiX]q
private void PlayWav() ]ZnASlc)
{ P$x9Z3d_
MessageBox.Show("Play the wav file."); Jmuyd\?,b
} h% eGtd$n
I&U.5wf
public void Play(string audioType) @<.ei)cqb
{ L}
"bp
switch (audioType.ToLower()) u69UUkG
{ {/j gB"9
case ("mp3"): ff;~k?L
PlayMp3(); P;`Awp?
break;
jF-:e;-
case ("wav"): &,P; 7R
PlayWav(); 43 vF(<r&f
break; ..kFn!5(g
} +MZI\>
} D;&\)
} G^sx/H76J
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。 Xs{PAS0
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。 _7z]zy@PC5
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! {O:{F?
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。 !w}b}+]GB
二、面向对象设计思想 j1;<3)%0
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! DRpFEWsm
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: >F>VlRg
public class MP3 km*Y#`{
{ KL6B!B{;
public void Play() 2!6E~<~HC
{ d>?C?F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9Fy'L#%
} le'
Kp
V
} OwT_W)$
A=0{}B#
public class WAV Y7zs)W8xTT
{ l$Vy\CfK3n
public void Play() A%2B3@1'q
{ HC}vO0X4
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^J&D)&"j
} :C>iV+B j
} C1fd@6
b}DC|?~M
Public class MediaPlayer gW<6dP'v
{ otdRz<C
switch (audioType.ToLower()) z4 <_>)p
{ dl"=ZI
'^
case ("mp3"): 0hhxTOp
MP3 m = new MP3(); Rc:}%a%e
m.Play(); >|z:CX$]
break; !u'xdV+bf
case ("wav"): "F}dZ
WAV w = new WAV(); Wsgp#W+
w.Play(); qw$9i.Z
break; <S=(`D
} MhR`
} RcO"k3J
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。 $E&T6=Wn
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) F3qCtx*N
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 /* qx5$~
public class AudioMedia QJj='+R>
{ v)T#
iw[
public void Play() B~E">}=!
{ @dk-+YxG
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); h
(q,T$7W
} +SF+$^T
} '#yqw%
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)。 >DUTmJxv
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: n
7i5A:
public abstract class AudioMedia 0TaI"/ai
{ ;<q2
public abstract void Play(); 5'NNwc\
} 1)^\R(l
=.7tS'
public class MP3:AudioMedia v$0|\)E)
{ =^GPQ_"
public override void Play() z\oTuW*B
{ =}%#j0a4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "9r$*\wOf
} nShXY6bA
} pbEWnx_
g<(!>:h
public class WAV:AudioMedia z bYv}q
{ Yb^e7Eug
public override void Play() `kuu}YUi
{ S't9F
MessageBox.Show("Play the wav file."); c+&Kq.~K
} ?$K-f:?c
} V]; i$
}2@Z{5sh)
public class MediaPlayer |,@D<
{ MOK}:^bSu
//根据需要完成任务的单向分派 O-HS)g$2
public void Play(AudioMedia media) &BLCP d
{ J}&U[ds p
media.Play(); ,{!,%]bC
} :>.{w$Ln%
} nKzm.D gt_
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)。 %-yzU/`JF
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。 ; ?f+
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: o S=!6h
public abstract class VideoMedia X5YOxMq
{ t$(#$Z,RS
public abstract void Play(); CDM6o!ur3
}
t1YB
{=3A@/vM
public class RM:VideoMedia triU^uvh
{ <zR{'7L/
public override void Play() OA*O =
{ 7tXy3-~biz
MessageBox.Show("Play the rm file."); l>K+4
} cN0
*<
} 1R3,Z8j'
!DzeJWM|
public class MPEG:VideoMedia ru@#s2
{ PkrVQH9^w
public override void Play() 9:4S[mz/hD
{ 0:
a2ER|J
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); $*942. =Q
} ns%gb!FBJX
} :-}K:ucaj
pe
vXixl
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 {o5|(^l
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: k7Bh[ ..!
)`rD]0ua;
public interface IMedia I4G0!"T+
{ y
Ne?a{
void Play(); 5aizWz
} T8a' 6otc
#0r~/gW
public abstract class AudioMedia:IMedia RbL?(
{ c 9f"5~
public abstract void Play(); r@3-vLI!u
} }lIc{R@H
V*b/N
public abstract class VideoMedia:IMedia Cu8mNB{H
{ 3~T ~Bs
public abstract void Play(); ekvs3a^
} B^/MwD>%
fr/EkL1Dl
这样再更改MediaPlayer类的代码: ):'wxIVGI
public class MediaPlayer [(@K;6o
{ -y-}g[`
public void Play(IMedia media) V?j,$LixY
{ )vS0Au^C~
media.Play(); RFL*
qd4
} e&;e<6l&{
} (DO'iCxlNh
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 UsyNn39
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。 Ob/)f)!!
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。 y017
B<Ou
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6?F88;L
{ 4>=M"DhB
IMedia media = null; _ l|%~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~D9Cu>d9
{ 7A\`
case ("mp3"): o6MFMA+vi
media = new MP3(); d}4NL:=&
break; t|iNSy3
//其它类型略; OP1`!P y
case ("rm"): 0~fjY^(
media = new RM(); 4C=W~6~
break; 6^gp
/{
//其它类型略; #"4ioTL2
} FB[b]+t`D{
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); LG&BWs!
player.Play(media); D6Ad"|Z
} Cjf[]aNJe`
9VxM1-8Gs
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 p-}X=O$
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。 oh8:1E,I
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。 8X,6U_>#a
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。 J
_O5^=BP
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: RxMsP;be
public interface IMediaFactory *)Qv;'U=rn
{ RRt(%Wm*
IMedia CreateMedia(); &YXJ{<s
} "tCTkog3]
WiytHuUF
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: PT2;%=f
public class MP3Factory:IMediaFactory L(TM&
ps\-
{ T#Z&*
public IMedia CreateMedia() @GN2v,WA?
{ 0SL{J*S4[#
return new MP3(); v8ap"9b
} S[F06.(1
} J 6KHc^,7
//其它工厂略; *DPX4P
<IZt]P
public class RMFactory:IMediaFactory 7.h{"xOx{
{ vN{@c(=g
public IMedia CreateMedia() n)kbQ]
{ rM7qBt
return new RM(); C#U(POA
} 6j(/uF4!#
} vUpAW[[
//其它工厂略; g0grfGo2p
">bhxXeiN
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。 ZIx-mC5
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: P4[kW}R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) >$ZG=&
{ oN1D&*
IMediaFactory factory = null; l
;:IL\*1I
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) }Z"iW/?"
{ (t-hi8"
//音频媒体 f)*"X[)o
case ("mp3"): 6YM X7G]
factory = new MP3Factory(); %Ln`c.C
break; 6HY): M&?
//视频媒体 efQ8jO
case ("rm"): aO&U=!
factory = new RMFactory(); 5%Qxx\q
break; *2zp>(%
//其他类型略; [KK
|_
} MLWHO$C~T
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); (GmBv
player.Play(factory.CreateMedia()); ^j\LB23
} }emUpju<C
7_\sx7h{3
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。 z)3TB&;
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: 1q7&WG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <VxA&bb7c
{ P-\f-FS
IMediaFactory factory = null; -+WAaJ(b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a4,V(Hlm
{ i|^Q{3?o#
case ("mp3"): !UT'4Fs
factory = new MP3Factory(); ;@ePu
break; c|?(>
//其他类型略; ~tp]a]yV
case ("rm"): uos8Mav{E
factory = new RMFactory(); ]@$^Ju,
break; rt+4-WuK>
//其他类型略; ~~/,2^
} RAO+<m
IMedia media = factory.CreateMedia(); y74Q(
media.Play(); $wUYK%.
} =*\.zr
c[Fc3
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 _KH91$iW8m
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。 ,R{&x7
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。 Sb`[+i'`
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: 6^b)Q(Edut
64/ZfXD
<appSettings> *O_fw 0jV
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \L*%?~
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> _w\9
\<%
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 6eSo.@*l
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> SxRJ{m~
</appSettings> j[r}!;O
kk=n&M
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: ZsP^<
private void InitMediaType() k$kE5kh,S
{ HgQjw!
cbbMediaType.Items.Clear(); ?Q]&;5o
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) GY$Rkg6d
{ .RxTz9(
cbbMediaType.Item.Add(key); ,t`V^(PEq
} vvxxwZa=O
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Nn05me"X
} ^EUR#~b5iy
Xw4Eti._D
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Dd?G4xUG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8T3,56>
{ g6Vkns4
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~wa4kS<>
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 5eTA]
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; %L.S~dN6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, y<Koc>8
factoryDllName).Unwrap(); KtQs uL%
IMedia media = factory.CreateMedia(); ^?lpY{aa
media.Play(); KTm^}')C8
} ^OV; P[
P'<i3#;7X
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。 `
i[26Qb
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: 1TZ[i
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 zb0NqIN:
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!