面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) B)g[3gQ
`UyG_;
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。 '3tCH)s
一、传统过程化设计思想 Xza(k
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: (*'f+R`$
public class MediaPlayer K#d`Hyx
{ %3-y[f
private void PlayMp3() ,AFu C<
{ lIS-4QX1
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e{K 215
} )F>#*P
hBUn \~z
private void PlayWav() nPl?K:(
{ `i*E~'
MessageBox.Show("Play the wav file."); w+|L+h3L7
} n0 {i&[I~+
U(g:zae
public void Play(string audioType) xGg )Y#
{ %/.b~|,-
switch (audioType.ToLower()) j{A y\n (
{ "Ac-tzhE
case ("mp3"): DV-d(@`K
PlayMp3(); %s|Ely)
break; ?Ep [M:,q
case ("wav"): K=k"a
PlayWav(); "?xHlYj@+
break; }2.`N%[
} /nNN,hz
} Qn.om=KDs@
} PiIpnoM
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。 Vn}0}Jz
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。 K7:)nv
E
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! -;m0R
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。 q,|j]+9q
二、面向对象设计思想 l<LI7Z]A
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! AJ`h9%B
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: BM
.~ 5\
public class MP3 JIOR4' 9
{ $ @`V
public void Play() .j0$J\:i
{ aP+X}r
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Be2DN5)
} [D4SW#
} "$^ ~!1~
%_W)~Pv{+
public class WAV u cW-I;"
{ kfY}S
public void Play() w-MCZwCr)
{ q"8ea/
MessageBox.Show("Play the wav file."); Fj3a.'
} /]Md~=yNp
} h2]P]@nW;W
>W+%8e
Public class MediaPlayer !ons]^km
{ MaQqs=
switch (audioType.ToLower()) 9vc2VB$
{ 9F;>W ET
case ("mp3"): 6}Ci>_i4#
MP3 m = new MP3(); 37.S\gO]
m.Play(); H=vUYz
break; "_NN3lD)X
case ("wav"): R"t,xM
WAV w = new WAV(); ,i`,Oy(BI
w.Play(); xr Jg\to{i
break; A[{yCn`tM
} CxW>~O:
} ^%{7}g&$u
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 8^1 Te m
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) D.u{~
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 mL{6L?
public class AudioMedia "&?kC2Y|
{ ^A&1^B
public void Play() `e&Suyf4B
{ G}raA%
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); <=/hil
} L^?qOylu
} +lcbi
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 4p;`C
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: -- 95Jz
public abstract class AudioMedia qt"m
{ MH\dC9%p
public abstract void Play(); \V~eVf;~
} Moza".fiN
j>" @,B g*
public class MP3:AudioMedia J<h$
wM
{ `l[c_%Bm
public override void Play() .?sx&2R2
{ !M1"b;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); flbd0NB
} ;$wVu|&
} !?h;wR
bJTBjS-7
public class WAV:AudioMedia iz PDd{[
{ z$. 88^
public override void Play() `dN@u@[\ks
{ Om2d.7S
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?NsW|w_
} WP'!*[z
} kxhWq:[c
;dgp+
public class MediaPlayer 7[XRd9a5(
{ +\
.Lp 5
//根据需要完成任务的单向分派 >KhOz[Zg
public void Play(AudioMedia media) :':s@gqr
{ 9qzHS~l
media.Play(); WW~sNC\3`(
} p}~JgEE
} Ai3*QX
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)。 I,vJbvvl!
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`w}|d]mC
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: 4vB<fPN
public abstract class VideoMedia $uVHSH5l
{ ENs&RZ;
public abstract void Play(); t-bB>q#3>
} UySZbmP48
7~.9=I'A
public class RM:VideoMedia V {ddr:]4
{ Dp-z[]})1
public override void Play() YUy0!`!`
{ F{;((VboN
MessageBox.Show("Play the rm file."); +VOK%8,p
} BUXpCxQ
} KB(8f*
M%P:n/j
public class MPEG:VideoMedia )1`0PJoHE
{ w_K1]<Q*
public override void Play() .p"
xVfi6
{ $B5aje}i
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); r52gn(,
} 6mxfLlZ
} -X2Buz8
9EibIOD^/
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 I:1C8*/
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: U8n V[
M-Y_ Wb3
public interface IMedia R8Fv{7]c
{ =MDysb&:
void Play(); ],Do6
@M-
} B*Dz{a^.:
oQ[f,7u
public abstract class AudioMedia:IMedia ;+hH
{ jasy<IqT!{
public abstract void Play(); K`fuf=
} ?J>
)=_,O=z$K
public abstract class VideoMedia:IMedia 6q.Uhe_B
{ dSV8q
,D
public abstract void Play(); MeZf*'
J
} F0Yd@Lk$_
u>a5GkG.
这样再更改MediaPlayer类的代码: <$Yd0hxjU
public class MediaPlayer Ry6@VQ"NLb
{ {8bSB.?R
public void Play(IMedia media) ^>v+(
z5R
{ -;WGS o
media.Play(); B>P{A7Q
} )R1<N
} ^RIl
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 0[W:d=C`a
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。 U26}gT)
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。 5vnrA'BhBU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~6LN6}~|.
{ z 1X` o
IMedia media = null; <*cikXS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LG#t<5y~
{ {9.|2%a
case ("mp3"): lA8`l>I
media = new MP3(); di )L[<$DY
break; :P0mx
//其它类型略; -r]W
case ("rm"): [FR`Z=%
media = new RM(); oE]QF.n#
break; -]M5wb2,
//其它类型略; mrtb*7`$
} 4ID5q~
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); +A?U{q
player.Play(media); <=C!VVk4f
} <x>Mo
#Ki[$bS~6
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Z=vU}S>r|v
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 aWF655Fs*
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ?hy&
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 m^;f(IK5
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: nUOz\y
public interface IMediaFactory xdkZdx>N
{ T{[=oH+
IMedia CreateMedia(); WCixKYq
} g{&ui.ml&
<frutU16\
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ; kI134i=
public class MP3Factory:IMediaFactory ge8ZsaiU
{ amY!qg0P*
public IMedia CreateMedia() _E.>`Q
{ a<bwzX|.
return new MP3(); T1=fNF
} Z4
=GMXj
} S;`A{Mow
//其它工厂略; Q>Yjy!.<^
VRB;$
public class RMFactory:IMediaFactory ^s"R$?;h
{ v mk2{f,g
public IMedia CreateMedia() E+;7>ja
{ </*6wpN
return new RM(); >tW#/\x{
} }:)&u|d_
} #?:l b1
//其它工厂略; gc$l^`+M
O3kA;[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。 hM@>q&q_
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: X45%e!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -6B4sZpzD
{ r mg}N
IMediaFactory factory = null; +T Dw+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6qnzBA7
{ c9h6C
//音频媒体 Wvf
^N(
case ("mp3"): o!A+&{
factory = new MP3Factory(); E hMNap}5"
break; z-)O9PV
//视频媒体 Lw>N rY(Y
case ("rm"): BnasI;yWb
factory = new RMFactory(); #S"nF@
break; *gWwALGo5
//其他类型略; $-sHWYZ
} p0vVkdd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?gGHj-HYJ
player.Play(factory.CreateMedia()); :"/d|i`T
} G" "ZI$`
f%}xO+.s
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。 R8'RA%O9J
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: (<C3Vts))
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U # qK.
{ pZy~1L
IMediaFactory factory = null; YUk\Q%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) brUF6rQ
{ ?&1!vz
case ("mp3"): II,8O
factory = new MP3Factory(); )+9Uoe~6
break; ]~siaiN[
//其他类型略; 9XB 8VKu8
case ("rm"): {I't]Qj_e
factory = new RMFactory(); 0<@@?G
break; (n_/`dP
//其他类型略; 'TB2:W3
} _X
x/(.O
IMedia media = factory.CreateMedia(); z~s PXGb
media.Play(); 13x p_j
} `VguQl_,gA
Otn1wBI
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。 =@~Y12o?%
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。 ^^ixa1H<
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。 ' S/gmn
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: fe_5LC"
QoT;WM Z
<appSettings> uoh7Sz5!^
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ]:J$w]\
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 4^o^F-k'
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> @cXMG6:{
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> uQKT
</appSettings> 63IM]J
O0H.C0}
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: z+X}HL
private void InitMediaType() b@hqz!)l`
{ '!B&:X)
cbbMediaType.Items.Clear(); J5,9_uo]
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Ab.(7GFK
{ $/Uq0U
cbbMediaType.Item.Add(key); a0)QH
} !R`{ TbN
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; HJ.-Dg5U
} =[ 7A v>
8zW2zkv2|#
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: +9sQZB# (
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [j+sC*
{ l9Q-iJ
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _7_Y={4=`
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 19%imf
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; \1M4Dl5!
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, QQc -Ya!v
factoryDllName).Unwrap(); 1EX;MW-p<T
IMedia media = factory.CreateMedia(); E}Uc7G
media.Play(); *MW\^PR?
} 44j*KsBf
yyTnL 2Y9
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。 ]u/sphPe
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: G7/ +ogV
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 1<aP92/N&
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!