面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) @gjdyz
.QQI~p0:
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。 EbYH?hPo
一、传统过程化设计思想 O#5( U.E
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: /N{@g.edL
public class MediaPlayer <IDzv'
{ 0:+uw`
%
private void PlayMp3() kBT}Siw
{ =egi?Ne
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); k\<Ln
w
} N b[o6AX
~rX6owBq
private void PlayWav() *#^1rKGWK
{ qq_,"~
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^`MDP`M;
} ~d `4W<1a
7c]Ai
public void Play(string audioType) U@5Z9/n{
{ UYrzsUjg&
switch (audioType.ToLower()) C$ `Y[w
{ 3 DHA^9<q
case ("mp3"): PQ"%Z.F"
PlayMp3(); D=sc41]
break; N~J Eia%
case ("wav"): 6:tr8 X_
PlayWav(); v]U;5Uo
break; de47O
} Hf{%N'4
} ^|{fB,B
} \` ^Tbn:
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。 T|2%b*/
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。 V@'S#K#
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! "[S
6w
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。 gbf=H8]
二、面向对象设计思想 LhRe?U\
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! *+Q*&-$
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: l{o{=]x1
public class MP3 Vot+gCZ
{ %ys}Q!gR
public void Play() @5G7bY7Nz
{ ld?.o/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -f gKSJ7
} }z-
} BIf].RY
5w{pX1z1
public class WAV A;x^6>
{ nnl9I4-O
public void Play() O~'yP@&`
{ 2vQ^519
MessageBox.Show("Play the wav file."); $QBUnLOek&
} !*UdY(
} yP4.Z9
!QS<;)N@
Public class MediaPlayer '\\Cpc_g
{ /- 4B)mL
switch (audioType.ToLower()) XqH<)B
]
{ }c5`~ LLK
case ("mp3"): #zs\Z]3#
MP3 m = new MP3(); VVl-cU
m.Play(); NWK_(=n
break; ,x.)L=Cx8
case ("wav"): g^UWf <xp
WAV w = new WAV(); S]=Vr%irX
w.Play(); NYvj?>[y
break; 82!GM.b
} bI(98V,t
} H5 hUY'O
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Z@/5~p
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) fEv36xb2S
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 :ygz/L
public class AudioMedia !T. @
{ vGT.(:\-,
public void Play() }*R6p?L5
{ 7"i*J6y*
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); a`Zf_;$@
} 9'h^59
} !OgoV22
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)。 [`\Qte%UH
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: 'FFc"lqj
public abstract class AudioMedia ~"Ki2'j)^]
{ uwA3!5
public abstract void Play(); TN`:T.B
} uI&M|u:nT
oF
xVK
public class MP3:AudioMedia uZI a-b
{ CHI(\DXNs
public override void Play() ;g]+MLV9
{ r^^C9"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1Di&vpn0u
} hj,x~^cS
}
|?A-?-
F|Q#KwN
public class WAV:AudioMedia e|yuPd
{ I0RWdOK8K
public override void Play() c iX2G
{ 'v
X"l
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1hi j4m$b
} a"aV&t
} `,d7_#9'
ayp}TYh*
public class MediaPlayer cyNLeg+O*
{ Q2?qvNZ
//根据需要完成任务的单向分派 Q~_x%KN/`
public void Play(AudioMedia media) }L9j`17
{ lej{VcG
media.Play(); 0{F.DDiNT
} glgk>83I+
} {H2i+"cF
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Y\sjm]_
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 CV "Y40
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: HXI}f\6x
public abstract class VideoMedia m@~x*+Iz
{ U2$T}/@
public abstract void Play(); 0aWb s$FyU
} Q,`kfxA`O
`f]O
public class RM:VideoMedia CI{x/ e^(
{ %A3Jd4DH
public override void Play() 9#!tzDOtD
{ uLF55:`<
MessageBox.Show("Play the rm file."); oVW?d]R
} e_V(G
} p;Kr664
qE{S'XyM,
public class MPEG:VideoMedia PK"
C+o;:
{ 7l3q~ dQ
public override void Play() q=6Y2Q
{ 7i.aZ2a%
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); @jKB!z9{
} (.o'1'
} ?f..N,s
Kq$1lPI
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 %R"Fx$tQ
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: {wI0 =U
-S@:
public interface IMedia =P{RHhWy;
{ y e'5A
void Play(); cDg27xOUi
} h#
8b #
ty> O}9%
public abstract class AudioMedia:IMedia YPl{5=
{ kx[8#+P
public abstract void Play(); &bQ^J%\
} )
|vFrR
soF ^G21N
public abstract class VideoMedia:IMedia v0=~PN~E
{ ,dBI=D'
public abstract void Play(); z/b*]"g,
} 4<|u~n*JF
7~'@m(9e
这样再更改MediaPlayer类的代码: G<'S
public class MediaPlayer -eTGRr
{ dyd_dK/
public void Play(IMedia media) 7(H/|2;-d8
{ zYgLGwi{
media.Play(); zeX?]@]Y
} GCHssw~P'v
} .+yJ'*i$d
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?t-2oLE
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。 bX,Z<BvbF
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。 EX_&wep@1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) RswR DLl
{ 'mF}+v^
IMedia media = null; =#fqFL,
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
kel48B
{ #'qW?8d}
case ("mp3"): 1a<~Rmcil
media = new MP3(); 2 O%UT?R
break; 6k2~j j1d
//其它类型略; !?{5ET,gtN
case ("rm"): N*fN&0r
media = new RM(); ?=/l@ d
break; +\4=G@P.J
//其它类型略; DcS~@ ;
} 6%TV X
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \T0`GpE
player.Play(media); X`&E,;bIb
} eW/Hn
Ax
^9J)C
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 \;}dSSB1
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。 "T PMSx&Ei
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。 -t]0DsPg
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。 -UO$$)Q
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: o&=m]hKpQl
public interface IMediaFactory
Xma0k3;-
{ 8QU`SoS9
IMedia CreateMedia(); EOL03N
} ~0L>l J
E%TvGe;#
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: b> |oU
public class MP3Factory:IMediaFactory -Db(
{ g(1'i 1
public IMedia CreateMedia() c c:xT0Y
{ ~1p
f ?
return new MP3(); Z\x6
} 3jeR;N]x
} 5@Sb[za
//其它工厂略; J#\/znT
~jgd92`{z
public class RMFactory:IMediaFactory ;Bm{_$hf=
{ IcB>Hg5
public IMedia CreateMedia() ,Fb#%r%
{ R0Qp*&AL
return new RM(); q_!3<.sf
} !|D,cs
}
u!(|y9p
//其它工厂略; |$Td-M^)
QeGU]WU{
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。 1z)+P1nH]
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: 6(.&y;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -szvO_UP
{ V5=Injs*
IMediaFactory factory = null; <R2bz1!h.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) dpy,;nqzeN
{ LTxOq|/Cq
//音频媒体 d97wiE/i<
case ("mp3"): *fE5Z;!}
factory = new MP3Factory(); *{uu_O
break; S5j#&i
//视频媒体 ,W.O*vCA
case ("rm"): Mf?4 `LM
factory = new RMFactory(); d%WFgf}
break; >6Q-e$GS@
//其他类型略; \o/oM,u
} BJqM=<nQ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); hSxf;>(d
player.Play(factory.CreateMedia()); p0Vw@R=
} o;t{YfK
Ba"Z^(:
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 t ,0~5>5
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 1_A< nt?'R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;lGjj9we>
{ /gxwp:&lY
IMediaFactory factory = null; [xHK^JP 8F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cEe>Lyt
{ Yt&^i(
case ("mp3"): 4]Krx
m`8
factory = new MP3Factory(); #fQStO
break; g1Aq;Ah /
//其他类型略; j &~OR6
case ("rm"): 7uYJ_R
factory = new RMFactory(); 1Eh(U
break; O `*}N1No[
//其他类型略; f)>=.sp
} nP] ~8ViS
IMedia media = factory.CreateMedia(); d>2>mT$U
media.Play(); 7Kfh:0Ihhy
} E;k'bz
Iu=iC.50}
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。 <J\z6+,4E
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。 pbJs3uIR
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。 n<?:!f`
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: <~'\~Z d+
[8<)^k
<appSettings> iJU]|t
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> O3Yv ->#
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> _Y=>^K]9K
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ?,]25q
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> oTZNW
</appSettings> EiSS_Lc
G> "w$Us
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: <f1Pj
private void InitMediaType() Y7= *-
{ sk9*3d5I
cbbMediaType.Items.Clear(); LEG
y1L
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) p"w"/[8
{ fVw+8 [d0
cbbMediaType.Item.Add(key); $`mxOcBmQ
} >osY?9
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +[ !K
} LyH{{+V
-|T.APxB
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: SO9j/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2ACN5lyUS
{ L'.7V ~b{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 525W;
mu{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Jc/*w
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; J&wrBVv1uk
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ^As^hY^p
factoryDllName).Unwrap(); >HXT:0
IMedia media = factory.CreateMedia(); $o0o5 ^Z-
media.Play(); M#UW#+*g!
} ) m[0,
$)mK]57
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。 ]7eQ5[5s
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: -m3O\X
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 V^[o{'+
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!