面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Q7?[@2HN
0JLQ.%_
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。 .c _qMTm"
一、传统过程化设计思想 Qf|c^B
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: a.SxMF
public class MediaPlayer SCXtBZ`.G
{ ]#J-itO
private void PlayMp3() nsi&r
{ %eE 6\f%g
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); QeD ;GzG
} a8Z{-=)
IPlkv{^
private void PlayWav() c nV2}U/\
{ Mog!pmc{
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~"WN4
} 2QV|NQSl
_(:bGI'.m
public void Play(string audioType) lf2(h4[1R
{ !ziO1U
switch (audioType.ToLower()) qjLFgsd
{ ;d||u
case ("mp3"): nnMRp7LQ-
PlayMp3(); i8`0-
break; IL<@UWs6
case ("wav"): 5=P*<Dnj
PlayWav(); RMBPm*H
break; Na_O:\x#
} Z~DR,:
} >66v+
} 'E1m-kJz
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。 YRJw,xl
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。 }e&Z"H |
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! LT)G"U~
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。 ~ ^)4*@i6
二、面向对象设计思想 |ea}+N
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! :<`po4/
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: zgA/B{DaC;
public class MP3 TllIs&MCe
{ O4Hc"v
public void Play() T&kr IZw
{ b)@b63P_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); PkxhR;4
} DbvKpM H
} >^%TY^7n
>^
M=/+<c
public class WAV @wO X</_g
{ Y@[Dy
public void Play() MbjMO"}
{ F<A[S"
MessageBox.Show("Play the wav file."); .wz.Jr`{
} O{nM
yB
} 0?8{q{ o+
GJ4R f%
Public class MediaPlayer j_HwR9^fd,
{ w&^_2<a2
switch (audioType.ToLower()) 4Rev7Mc
{ FTC,{$
case ("mp3"): MLn \b0
MP3 m = new MP3(); fr([g?F%D
m.Play(); xdd;!HK,
break; 2/V9Or52
case ("wav"): z\?cazQ
WAV w = new WAV(); 2';f8JLY
w.Play(); b)Dzau
break; !_My]>S
} QIZbAnn_
} 7! "OF
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。 .l(t\BfE~
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Q7@.WG5
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。 Ju.B!)uS#
public class AudioMedia T`.RP&2/d
{ yCT:U&8%F
public void Play() 2[R{IV8e
{ MC&sM-/
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); V8{5 y
<Y>
} sM$gfFx
} +Pm
yFJH
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)。 W_ hckq.
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: |VRzIA4M\
public abstract class AudioMedia (:2,Rr1"
{ N]6M4j!
public abstract void Play(); ^q=D!g
} L+o"<LV]
JD}"_,-
public class MP3:AudioMedia 46cd5SLK
{ $Q cr
public override void Play() 1hn4YcHb
{ /?wH1 ,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); <i(<|/$
} T2^0Q9E?
} sHSD`mYq
8V$ :th('
public class WAV:AudioMedia UfUboxT
{ &hb:~>
public override void Play() Q(\U'|%J
{ |nFg"W
MessageBox.Show("Play the wav file."); xF4>G0
} 8~>5k
} l].Gz`L
~\^h;A'3
public class MediaPlayer u'BuZF
{ ub0uxvz
//根据需要完成任务的单向分派 >5Rcj(-&l
public void Play(AudioMedia media) 8- U1Y
{ <-1(G1v
media.Play(); hS}d vZa
} F.0CJ7s
} }yfSF|\
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)。 A1A/OU<Vb
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。 C Ahkv0?8
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: D/
SM/
public abstract class VideoMedia }
:@s
{ "#a_--"k9
public abstract void Play(); ^gK8
u]>
} ktILKpHt"
UE[5Bw?4X
public class RM:VideoMedia "|6#n34
{ 61W
ms@D%
public override void Play() 2$MIA?A"Y
{ >J]^Rgn>
MessageBox.Show("Play the rm file."); H~IN<3ko
} RvQl{aL
} 9,4Lb]
Ie[8Iot?bn
public class MPEG:VideoMedia J4Ix\r_
{ FOFZ/q
public override void Play() i+2fWi6Z+
{ py9HUyr5eZ
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); rl0sN5n
} /=5YHq>
} me+F0:L
'n9<z)/,!
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。 V?a+u7*U&
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: G8y:f%I!b
}w0>mA0=H
public interface IMedia <F=U(WWn9
{ _\9|acFT2O
void Play(); b#:Pl`n6u
} 3 9|4)1e
vakAl;
public abstract class AudioMedia:IMedia D ]H@Sx
{ '8Q:}{
public abstract void Play(); {c'2{`px 5
} v[r5!,F
FJ|6R( T_
public abstract class VideoMedia:IMedia P,2FH2Eyj
{ TsPx"+>7`
public abstract void Play(); bOt6q/f
} .#M'
s)=fs#%
这样再更改MediaPlayer类的代码: y|BRAk&n
public class MediaPlayer [7Yfv
Xp
{ yEnurq%J
public void Play(IMedia media) @A_bZQ@
{ 6^vMJ82U
media.Play(); Oie0cz:>:
} K8sgeX|
} S1iF1X(+?X
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q K sI}X~
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。 woctnT%"Q/
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。 l(EDe
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Svs!C+:le
{ 3fS+,>s\O
IMedia media = null; 4,8=0[eRG
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ionFPc].
{ j4ARGkK5B
case ("mp3"): )T-C/ 3
media = new MP3(); 8i H'cX
break; EJM6TI"
//其它类型略; 5BSh`r
case ("rm"): I[ r
media = new RM();
O
"jX|5
break; cmpT_51~O
//其它类型略; C@{#OOa
} .eg?FB'7
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); *hhPCYOm
player.Play(media); .AIlv^:|U
} 8JOfx
=J2\"6BnzA
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ?;s}GpEY:
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。 Pc+8CuN?
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。 |v,5s=}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。 &+@~;p5F
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: n"[VM=YGI
public interface IMediaFactory MIblx
{ Q9-o$4#R[
IMedia CreateMedia(); W'3&\}
} BoJYP
<r6e23
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: I9sx*'
public class MP3Factory:IMediaFactory zG\g{cB
{ Q_ zGs6
public IMedia CreateMedia() hxIG0d!o
{ Y<~Nx~w{
return new MP3(); mN5`Fct*A>
} ]2^tV.^S^
} 7+I%0U}m
//其它工厂略; XS$5TNI
~]+-<O^U~
public class RMFactory:IMediaFactory K+3dwQo
{ 1`t4wD$/
public IMedia CreateMedia() ?^F*M#%?
{ [@SLt$9"
return new RM(); 5|&:l8=
} <ejWl%4
} ?vHow$
//其它工厂略; 3Uzb]D~u
,XD'f
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。 Dj=OUo[[d
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: kOv2E]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) WM& k
{ JsNqijVC
IMediaFactory factory = null; d2b L_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2k\i/i/Y
{ Mx?{[zT"
//音频媒体 2C9wOO
case ("mp3"): O>zPWVwa
factory = new MP3Factory(); HOWm""IkB
break; #+mt}w/
//视频媒体 6pkZ8Vp:
case ("rm"): it=4cHT
factory = new RMFactory(); f tVA
break; %GRD3S
//其他类型略; QPe+K61U
} Qt+|s&HGt
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); "][MCVYP
player.Play(factory.CreateMedia()); Of)EBa<5^
} ~7Ji+AJA
Qr`WPTQr"
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。 !Vtt.j &4
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: K".\QF,:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .#"O VI]#
{ `v*UY
IMediaFactory factory = null; ISHNeO8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) C$X
)I~M
{ (p1y/"Xh
case ("mp3"): w7b?ve3-
factory = new MP3Factory(); &!I^m
break; _pu G?p
//其他类型略; )9~1XiS,
case ("rm"): `aY{$>$S
factory = new RMFactory(); hg}Rh
break; d4"KM+EP?
//其他类型略; !FhK<#
} $gi{)'z
IMedia media = factory.CreateMedia(); <V P@#
media.Play(); (<ybst6+I
} qXPT1%+)y
m5HP56a
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 n\v\<mVTb7
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 rbP"
n)0=
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 #(o 'G4T
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: =Qt08,.bW
gi::?ET/.
<appSettings> %N\pfZ2\
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> (k?,+jnR
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> <v<TsEI
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ZyE2=w7n
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> x)6yWr[ri%
</appSettings> zx7*Bnu0
M[5zn
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: vF, !8e'v
private void InitMediaType() MpbH!2J
{ 0mB]*<x8
cbbMediaType.Items.Clear(); iE}jilU
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) (5@9j
{ >SJ#
rZ
cbbMediaType.Item.Add(key); 1Yt;1k'
} fo])=KM
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; /p~Wk4'
} XcJ'w
jKV,i?
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: J-g#zs
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c1j)
{ l[]K5?AS>-
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); mq$mB1$3u
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); nVI\Or[
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ^6v ob
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 5q[0;`J
factoryDllName).Unwrap(); t?^C9(;6
IMedia media = factory.CreateMedia(); Ou IoO
media.Play(); aK'`yuN
} y4`<$gL
SJ1
1LF3)
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。 gvYib`#
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: |RQ19m@
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 gBRhO^Sz
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!