面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ?*z#G'3z1
@hiwq7[j
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。 !z;a>[T'
一、传统过程化设计思想 DH_Mll>
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: z2&SZ.mk
public class MediaPlayer
2Ek6YNx
{ |wZ8O}O{E
private void PlayMp3() oO|zRK1;/
{ g`!:7|&,_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); RvYH(!pQ
} "|<\\HR
` =!&9o
private void PlayWav() V,($I'&/
{ ]}cai1
MessageBox.Show("Play the wav file."); !c\d(u
} elZ?>5P$}
s!09Pxc
public void Play(string audioType) n~l )7_G
{ AyKaazm]9
switch (audioType.ToLower()) qbkvwL9
{ d(w
$! $"h
case ("mp3"): A?3hNvfx
PlayMp3(); a4X J0Tm
break; )kl| 5i
case ("wav"): &eT)c<yhyK
PlayWav(); zqqpBwk#
break; qu8i Jq
} sf]y\_zU
} SHPaSq'&N
} s@f4f__(]
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 0,(U_+n
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 7Rj!vj/
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! V{fYMgv
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 fEdQR->
二、面向对象设计思想 V#|#%
8
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! KGkzE
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: Pv`yOx&nE
public class MP3 Lm9y!>1"O
{ xUPM-eF=
public void Play() X",fp
{ e%j+,)Ry
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (hd^
} bmc1S
} LS4c|Dv
qI<6% ^i
public class WAV ji`N1e,l
{ (80]xLEBL
public void Play()
n
w @cAv
{ X^?<, Y)1.
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8^$}!9B~JZ
} n<kcK
} 1fQvh/2
O qY8\>f-
Public class MediaPlayer on(F8%]zE
{ |h*H;@$
switch (audioType.ToLower()) 4*lShkL
{ 4kNf4l9Y
case ("mp3"): 0X`Qt[
MP3 m = new MP3(); 06pLa3oi
m.Play(); p(%7|'
break; b'O>&V`
case ("wav"): A(W%G|+
WAV w = new WAV(); P
5m{}@g
w.Play(); ?BQZ\SXU
break; Vur$t^zE
} EkEM|<GNd
} i15uHl
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 NUEy0pLw
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) #SQT!4
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 bec n$R
public class AudioMedia z6B/H2
{ ]P(:z
public void Play() nE+sbfC
{ v6HBO#F'V{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Va\dMv-b
} j@v*q\X&
} x$J1%K*
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 :f ybH)*
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: W @`Nn*S
public abstract class AudioMedia XN5EZ#
{ 5.]+K<:h"A
public abstract void Play(); S WVeUL#5
} [95(%&k.Q
L|qQZ=
public class MP3:AudioMedia =_\5h=`Yx
{ 7UejK r
public override void Play() Y]P';C_eP
{ iP~5=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); tlV>
} 1% ]|O
} A9Q!V01_
?!U=S=8
public class WAV:AudioMedia dD?1te
{ m beM/
public override void Play() |o6
h:g
{ sHyhR:
MessageBox.Show("Play the wav file."); }7RR",w
} C$vKRg\o
} & 1p\.Y
M")J buI
public class MediaPlayer od{Y`
.<
{ $\Bzp<SN`
//根据需要完成任务的单向分派 d=o|)kV
public void Play(AudioMedia media) X]U,`oE)9
{ wdS^`nz|
media.Play(); C<?}?hhb
} ~YA*
RCe
} PBbJfm
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 m vO!Y
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 k*(c8/<.d
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: swYlp
public abstract class VideoMedia l~;H~h!h/
{ 0^az<!!O#
public abstract void Play(); rmu5K$pl
} mcy\nAf5%
6v(}<2~
public class RM:VideoMedia Rq )&v*=
{ "+/%s#&
public override void Play() `uM:>
{ ns[v.YDL
MessageBox.Show("Play the rm file."); Ehi)n)HhG"
} =.(yOUI
} ye:pGa w
^hzlR[
public class MPEG:VideoMedia 91qk0z`N
{ V>ML-s9
public override void Play() P?p>'avP
{ 4z#{nZG
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ?YWfoH4mS
} usH9dys,
} GmP)"@O](;
_x&;Fa%
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。 N-`Vb0;N
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: dU1w)Y
n|2`y?
public interface IMedia c[\ :^w^I6
{ 'kb5pl~U
void Play(); =}>wxO
} C~4_Vc*
[ -"o5!0<
public abstract class AudioMedia:IMedia ;iR( Ir
{ 2_ M+akqy^
public abstract void Play(); Ec
IgX_\
} b&[9m\AX`
QA>(}u\+
public abstract class VideoMedia:IMedia !>fYD8Ft,
{ rCfr&>nn
public abstract void Play(); ]x1MB|a6
} U/F<r3.`#
1{l18B`
这样再更改MediaPlayer类的代码: Fd Ezt
public class MediaPlayer #[0:5$-[
{ W9n0Jv
public void Play(IMedia media) ;, P-2\V/
{ )OQhtxK
media.Play(); IN=pki|.
} ^7MhnA
} wI.i\S
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ASmMj;>UM
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ?#;
oqH<
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 zvjVM"=G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ww5c9orXn
{ =OfU#i"c
IMedia media = null; fm$eJu
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n,sf$9"
{ U
|I>CDp
case ("mp3"): =|>CB
media = new MP3(); ].F7.
zi
break; Gr9/@U+
//其它类型略; Td#D\d\R
case ("rm"): T=r-6eN
media = new RM(); Ci%u =%(
break; <;O=h;
~|
//其它类型略; #qkokV6`
} u8ofgcFYE
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Z$qFjWp
player.Play(media); b3(pRg[Fp
} [MSLVTR
50!/%
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 kN3 T/96
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。 z_%G{H+:l
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。 `nBCCz'Y!
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。 +pYrA qmO-
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: 2|'v[
public interface IMediaFactory D|8vS8p
{ { 3``T o$
IMedia CreateMedia(); _&S?uz m
} mk>L:+
a<X8l^Ln
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: 4d&#NP
public class MP3Factory:IMediaFactory n8(B%KF
{ /dTy%hZC}
public IMedia CreateMedia() p.KX[I
{ 3wXmX
return new MP3(); ?DcR D)X
} lB!`,>"c
} *8}Y0V\s
//其它工厂略; Hw"ik6
}.Eq_wP<
public class RMFactory:IMediaFactory WelB+P2
{ 8@%Xd^
public IMedia CreateMedia() &tY3nr
{ "=4`RM
return new RM(); Ta #vD_QP
} $>E\3npV
} .0]4@'
//其它工厂略; f.V;Hl,
PoMkFG6
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 VlKy6PSIg
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: _3$@s{k-TI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t}-[^|)7
{ 51yIW*
IMediaFactory factory = null; 7L)1mB.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) y7SOz'd
{ ZK5(_qW&i
//音频媒体 b ABx'E
case ("mp3"): Wz$%o'OnC
factory = new MP3Factory(); Mr'}IX5
break; 8?] :>
//视频媒体 Z :f0>
case ("rm"): H3{x;{.b
factory = new RMFactory(); 7}bjJR "
break; $;un$ko6%
//其他类型略; 7SzY0})<U
} &_FNDJ>MCk
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,oe
e'
player.Play(factory.CreateMedia()); hT6:7_UD
} 2{s ND
.fcU&t
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。 y8: 0VZox
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: 1!/+~J[#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 992;~lBu
{ hTI8hh
IMediaFactory factory = null; bGRI^
[8#+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) tW5\Ktjno
{ UwtOlV:G{
case ("mp3"): kF'^!Hp
factory = new MP3Factory(); ;a!o$y
break; !s,<hU#
//其他类型略; k/l@P
case ("rm"): 6A M,1
factory = new RMFactory(); ih`/1n
break; ~C5iyXR
//其他类型略; W9 y8dw.
} $N;!. 5lX3
IMedia media = factory.CreateMedia(); gT @YG;
media.Play(); :w_F<2d0
0
} 6bnAVTL5
v,vTRrpK
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 !|_
CXm
T|
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ;t%L(J
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 EC1q#;:
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件:
OfTcF_%
qq-&z6;$
<appSettings> S "oUE_>
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> X2@mQ&n
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> f<SSg*A;
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ,<hXNN
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 5K'EuI)
</appSettings> >|0yH9af
qIjC-#a=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: SUD]Wl7G`r
private void InitMediaType() ?y<n^`
{ UShn)3F
cbbMediaType.Items.Clear(); e::5|6x
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) mk\U wv
{ 6?*iIA$b
cbbMediaType.Item.Add(key); rShi"Yw
} t{~"vD9Am
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #a#~YSnG
} ^'EEry
344,mnAd
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: y=h2_jt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /<:9NP'^
{ 6$PfX.Fh
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); lG#&Pv>-
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); w** .8]A"N
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; s+zb[3}
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, c09]Cp<
factoryDllName).Unwrap(); 5mSXf"R^
IMedia media = factory.CreateMedia(); rA=F:N
2
media.Play(); 3 tXtt@Yy
} ]?``*{Zqy
GsDSJz
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。 ](MXP,R
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: nt;A7pI`
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 S\0"G*
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!