面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ZM4q@O)/
lfWxdi
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。 r$.ek\D5
一、传统过程化设计思想 k*lrE4::a
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: odj|"ZK
public class MediaPlayer _>&zhw2
{ 3:);vh!
private void PlayMp3() \_BaV0<
{ h4.ZR={E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ?M\3n5;
} BIX%Bu0'f
LI(Wu6*Y
private void PlayWav() Yo:>m*31
{ uZW1
:cx
MessageBox.Show("Play the wav file."); H\)on"
} Ym0Xl(Se
(MbI8B>
public void Play(string audioType) {) jQbAr(G
{ tQUp1i{j\
switch (audioType.ToLower()) G~YV6??
{ Y_f6y9?ZE
case ("mp3"): yjN|PqtSV
PlayMp3(); >mh:OJH45
break; T`f9jD
case ("wav"): 7eh}Je8
PlayWav(); QbS w<V
break; S{J$[!F
} %.<w8ag
} aA0aW=R
} VJJw"4DJ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 V^.~m;ETu]
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ~M43#E[oOF
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! G|X1c}zAL
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 SOeL@!_
二、面向对象设计思想 "K~+T\^|k
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! iVnrv`k,
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ZYkeW
public class MP3 f@>27&'WV
{ 8[}MXMRdb
public void Play() 4JP01lq'\
{ D<Ads
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^9"|tWf6O
} ae#7*B
} 1>l{c
oREZ^pE@
public class WAV nG{jx_{`
{ J&Le*R'
public void Play() Bz!ddAvlK
{ TvMY\e
MessageBox.Show("Play the wav file."); hIPDJ1a
} &~^"yo#b
} 4z[Z3|_V
j}S
Public class MediaPlayer C6O1ype
{ Z]oa+W+
switch (audioType.ToLower()) (zye
Ch
{ Y.jg
}oV
case ("mp3"): c9iCH~
MP3 m = new MP3(); #).om*Xh
m.Play(); .|KxQn}
break; :NS;y-{^^y
case ("wav"): xzIs,i}U
WAV w = new WAV(); >RE&>T^8
w.Play(); <k}>eGn
break; kw|bEL9!u
} f{WJM>$:
} <}N0y*m
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。 '-gk))u>)
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) :3{@LOil^
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。 Og"50 -
public class AudioMedia ObMsncn
{ 1wqCoDgkp
public void Play() fy9{W @E3p
{ *sB=Ys?
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); qV8;;&8r
} eJ$?T7aUf
} z15(8Y@2]
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)。 $9Y2\'w<h6
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Hfm4
public abstract class AudioMedia +z;xl-*[
{ #qm<4]91
public abstract void Play(); NZ9`8&93
} J'^BxN&
SM![ yC
public class MP3:AudioMedia F)5QpDmqb
{ 1H-R-NNJ:
public override void Play() RYS]b[-xZz
{ JB''Ujyi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9v0.]
} X#1So .}c
} RE!MX>sOEq
H*EQ%BLW^,
public class WAV:AudioMedia DTn=WGm)
{ %!p14c*J H
public override void Play() 4
lJ@qhV
{ RAXqRP,iw
MessageBox.Show("Play the wav file.");
6bo,x
} : gv[X
} aW4 tJN%!
o(C({]UO/
public class MediaPlayer -(Taj[;[
{ /2Y
Nu*v
//根据需要完成任务的单向分派 1S0Hc5vw
public void Play(AudioMedia media) J0mY=vX
{ w0^( jMQe^
media.Play(); *G>V`||RW
} Qf7]t-Kp
} <74q]C
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 =@gH$Q_1
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。 ?VS {,"X
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: zUIh8cAoE
public abstract class VideoMedia \TC&/'7}
{ qJ#?=ITE
public abstract void Play(); c<DsCzX
} +lO
Y
IQ
\qV5mD]"M
public class RM:VideoMedia >xJt&jW-
{ {B?%r[nW
public override void Play() 06 K8|K
{ )'DFDrY
MessageBox.Show("Play the rm file."); !ssE >bDa
} /PQg>Pa85
} n?!.r
c
')Ozz<{
public class MPEG:VideoMedia u0w2v+
{
7$,["cJX
public override void Play() L>xcgV7
{ [UR+G8X21m
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 5}e-\:J>B
} $-M1<?5
} J U}XSb
W4|1wd}.t
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。 WI[6l6
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: 92+({ fgW
%jqBYn0q'
public interface IMedia E
Jq=MP
{ H6bomp"
void Play(); V1xpJ
} \
$X3n\
`:i|y
public abstract class AudioMedia:IMedia K)l{3\9l|
{ "*kWM
public abstract void Play(); Vy16Co
} qECc[)B
onG,N1`+
public abstract class VideoMedia:IMedia (}gF{@sn
{ +g7Iu! cA
public abstract void Play(); Q%o
} ,Xo9gn
zRsT6u
这样再更改MediaPlayer类的代码: FspI[gUN,
public class MediaPlayer )amdRc
{ Vu^J'>X
public void Play(IMedia media) jEit^5^5|
{ 4-ZiKM
media.Play(); }I#;~|v~<
} <LzN/I aJ
} #wx0xQ~,J
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 l
\xIGs
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。 wb"Jj
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。 8kH'ai
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T>kJB.V:oQ
{ cV&(L]k>`
IMedia media = null; Itj|0PGd
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) }Jjq] lW
{ j
7a;g7.
case ("mp3"): N#Qby4w >
media = new MP3(); , $78\B^
break; ^^3
>R`
//其它类型略; xO"5bj
case ("rm"): i*9eU*i|H
media = new RM(); o Ep\po1
break; =QRLKo#_
//其它类型略; H]}Iw5Z
} 8
6?D
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); eZI&d;i
player.Play(media); }P-9\*hlm
} ,Y &Q,
JQQD~J1)E
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 1 (P>TH
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 +@usJkxul
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 g#9KG
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 /<zBcpVNV
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: n KDX=73
public interface IMediaFactory 4LUFG
{ pjIXZ=
IMedia CreateMedia(); H.O7Y
} 7 82NiVed
7{."Y@
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: >6r&VZu*n
public class MP3Factory:IMediaFactory D
GOc!
{ 7KuTC%7
public IMedia CreateMedia() '#u|RsZ
{ DWm$:M4z
return new MP3(); y9Yh%M(
} e,`+6qP{
} r}D`15IHJ
//其它工厂略; 1i2jYDB"
jW?.>(
public class RMFactory:IMediaFactory t#6gjfIi
{ N''9Bt+:
public IMedia CreateMedia() -;Cl0O%
{ e|"`W`"-
return new RM(); Y]B2-wt-
} l: 1Zq_?v;
} ,)S|%tDW
//其它工厂略; \W??`?Idh
Hd2Sou4-j
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。 ~iEH?J%i1r
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: SZK~<@q5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .CQ
IN] iD
{ ?G0=\U<
o,
IMediaFactory factory = null; 1UyI.U]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A;Xn#t ,(K
{ IUbYw~f3
//音频媒体 2[qO;js
case ("mp3"): X/2Xr(z"k
factory = new MP3Factory(); .OX.z~":y
break; sJw3o7@pg
//视频媒体 !OPa
`kSh
case ("rm"): [=S@lURzm@
factory = new RMFactory(); JV(|7Sk
break; qD7#q]
//其他类型略; `[VoW2CLH+
} 3xp%o5K
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1ncY"S/VO
player.Play(factory.CreateMedia()); % ]r@vjeyd
} xo7H^!_
d_1w
9FA
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。 EoIP#Cnd1
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: "Z& {
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [fxAj]
{ T AwA)Zg
IMediaFactory factory = null; 7W5FHZd'
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T&w3IKb|}
{ 4F)z-<-b
case ("mp3"): .!l#z|/x
factory = new MP3Factory(); \_De(
p
break; &]16Hb~
//其他类型略; }yK_2zak5i
case ("rm"): A^bg*t,
factory = new RMFactory(); V78QV3
break; NVcL9"ht*@
//其他类型略; %fJ*Ql4M
} .Rd@,3
IMedia media = factory.CreateMedia(); Beiz*2-}a
media.Play(); xzz[!yJjG
} azS"*#r6}
0p*(<8D}
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。 dfO@Yo-?*'
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。 `:}GE@]
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。 |A8xy#
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: 4F??9o8 }
)l\BZndf
<appSettings> H}dsd=yO
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> do+HPnfDzU
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> tceQn
^|<
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 5m=3{lBi
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> *&% kkbA
</appSettings> 8ooj)
9"I/jd0B
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: b_W0tiyv%
private void InitMediaType() vp[~%~1(
{ .NiPaUzc<
cbbMediaType.Items.Clear(); z X2BJ
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) O)Nj'Hcu
{ zX{[Z
cbbMediaType.Item.Add(key); \2L%%M
} V\r5
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; t(\d;ybyx
} x5c
pv
])7t!<
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: [`6|~E"F
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) k8GcHqNHx
{ :@`Ll;G
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); z<m,Xj4w
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); f:KKOLm
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; u;F++$=
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, =L#tSa=M"
factoryDllName).Unwrap(); <DvpqlT
IMedia media = factory.CreateMedia(); ,}=x8Xxr
media.Play(); @Vr?)_0
} Hh(_sewo
ZgcA[P
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。 AVZ -g/<
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: _`+
!,kG[
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 n,wLk./`
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!