面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) vP? T
hv\Dz*XTs0
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。 )E^4U9v),
一、传统过程化设计思想 B##X94aTT
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: dB0
UZirb
public class MediaPlayer ha 2=O
{ g0B%3v
private void PlayMp3() ,_,*I/o>B
{ ~oT*@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X|ZAC!J5>
} *yjnC
={N1j<%fh
private void PlayWav() >s0![c oz
{ UF*R1{
MessageBox.Show("Play the wav file."); Qh-:P`CN
} "dvo@n|
1KBGML-K3
public void Play(string audioType) W7!iYxO
{ n+YUG
switch (audioType.ToLower()) `<M>"~W
{ \[^!
ys
case ("mp3"): g-"G Zi
PlayMp3(); woBx609Aak
break; t4/ye>P &
case ("wav"): ;z N1Qb
PlayWav(); DX+zK'34
break; vZ.<OD4
} 1+XM1(|c`
} %b4tyX:N0
} J|%bRLX@>
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。 8"ZS|^#
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。 h0g?=hJq
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!d[ct]
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。 CS(2bj^6D
二、面向对象设计思想 32%Fdz1S
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! 2l^_OrE!
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: 150-'Q
public class MP3 HTGLFY(&
{ '=#fELMW
public void Play() N~l*//Ep
{ 9:-7.^`P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~!8j,Bqs+z
} ubOXEkZ8N
} LyWY\K a
b:p0@ |y
public class WAV OHsA]7S
{ _ezRE"F5
public void Play() ~&Ne
P
{ x-X~'p'f
MessageBox.Show("Play the wav file."); bE'{zU}o
} DF4CB#
} .SER,],P
qIsf!1I?
Public class MediaPlayer mTxqcQc:7
{ m|{^T/kIbQ
switch (audioType.ToLower()) ]77f`<q<}!
{ 6kdbbGO-
case ("mp3"): m6n%?8t
MP3 m = new MP3(); ]7Sf)
m.Play(); |l+5E
break; !U m9ceK
case ("wav"): !|H,g wqU
WAV w = new WAV(); G:tY1'5
w.Play(); 'hs4k|B
break; HdB>CVuh
} }^&f {
} 1Z @sh>X|
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。 H)7v$A,5%
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) F=1 #qo<?
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 TEd5&Z
public class AudioMedia A`Y^qXFb`
{ _avf%OS
public void Play() >L2_k'uE+;
{ 8{2
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); pa+'0Y]71
} @=dv[P"jn
} 4Zwbu
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 A?!RF7v
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: <%S)6cw(3
public abstract class AudioMedia #5)/B
{ eDZ8F^0
public abstract void Play(); il@>b
} Fw\Z[nh
R2sG'<0B0
public class MP3:AudioMedia }" vxYB!h3
{ fP|[4 ku
public override void Play() `7:uc@
{ n2B%}LLa
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {Fw"y %a^
} zH}3J}
} '%[ Y
l X+~; 94
public class WAV:AudioMedia tSJ#
{ #[{{&sN
public override void Play() eb\S pdM6
{ +yWD>PY(
MessageBox.Show("Play the wav file."); b3E1S+\=~
} /h+ W L
} .k]`z>uv
y&,|+h
public class MediaPlayer O?Bf (y
{ K_)~&Cu*'
//根据需要完成任务的单向分派 &`l\Q\_[@
public void Play(AudioMedia media) [:cD
{ VGeTX 4h
media.Play(); zY_J7,0g
} 8O'bCBhv
} `5?0yXK
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 E .Xp\Dm71
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 <WZ{<'ajI
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: x:MwM?
public abstract class VideoMedia IRm}?hHf
{ :$b` n
public abstract void Play(); //2O#Fg{/
} ]|CcQ1#|H
9Q4{ cB
public class RM:VideoMedia z!3=.D
{ ,^?g\&f(
public override void Play() ay7\Ae]
{ ;^xM"
{G8
MessageBox.Show("Play the rm file."); Ur
xiaE
} HRyFjAR\?
} gvuv>A}vJ
Q`9c/vPU
public class MPEG:VideoMedia
Xs052c|s
{ mBErU6?X,A
public override void Play() i#*[,
P~
{ 6v3l^~kc'
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Z|n|gxe
} &<e18L7a
} Z8$BgP
%Z_O\zRqy)
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 z;1dMQ,#
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: !y b06Z\f
D5c
8sB
public interface IMedia ^H.B6h?
{ a
-Pz<*
void Play(); ^\ x'4!W
} `#ruZM066
-H6[{WVW!
public abstract class AudioMedia:IMedia Qf( A
{ O.B9w+G=
public abstract void Play(); ^5E9p@d"J
} p$\>3\
_s5^\~ao
public abstract class VideoMedia:IMedia 6U ! P8q
{ r5~W/eE
public abstract void Play(); bIiuna\
} * |,N/e
VG
5*17nf5
这样再更改MediaPlayer类的代码: IADHe\.
public class MediaPlayer Q)0KYKD+@
{ {nwoJ'-V
public void Play(IMedia media) $,~Ily7w
{ xZ`z+)
media.Play(); $$m0mK
} ~wDXjn"U&
} N 5*Qnb8
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 yIKpyyC9H
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。 a|z-EKV
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。 !0@4*>n
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x\G%
{ FJZ'P;3
IMedia media = null; i=#`7pt%'a
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~".@mubt1$
{ 9iG&9tB@
case ("mp3"): s0' haU
media = new MP3(); G"?7 Z&+
break; d/9YtG%q
//其它类型略; R0INpF';
case ("rm"): ?\8aT"o
media = new RM(); SQ,-45@W
break; Yc]V+NxxQ
//其它类型略; T MMKRC1<
} q2E{o)9
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); id:,\iJ
player.Play(media); ^nPy(Q0
} 1]:,Xa+|S
mzK0$y#*o
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 A6=Z2i0w>X
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 A8&@Vxdz
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 +H3~Infr4f
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 O z0-cM8t
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 8s6[-F5
public interface IMediaFactory B9NUafK=
{ "a[;{s{{.
IMedia CreateMedia(); ]!AS%D`
} &tZIWV1&
U6/7EOW,
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: {%3WHGr%L
public class MP3Factory:IMediaFactory Jai]z
{ +=J$:/&U
public IMedia CreateMedia() "]=OR>
{ anW['!T9{s
return new MP3(); nCi
]6;Y
} vE)N6Ss
} SEI0G_wk$
//其它工厂略; x >a h,
e^eJ!~0
public class RMFactory:IMediaFactory !d()'N
{ W]eILCo
public IMedia CreateMedia() @;eH~3P
{ tM"vIz 05
return new RM(); nqH[
y0
} t/t6o&
} \YzKEYx+
//其它工厂略; vy~6]hH
(5jKUQ8Q>
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。 x,^-a
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: `
1+*-g^r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~:JAWs$\V
{ -E\G3/*51
IMediaFactory factory = null; qe&|6 M!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) g
sm%4>sc
{ 0\!Bh^++1
//音频媒体 %BC%fVdP
case ("mp3"):
= "]r{
factory = new MP3Factory(); Kc[^Pu
break; (DvPdOT+3
//视频媒体 ^*l
dsc
case ("rm"):
Jy:*GW6
factory = new RMFactory(); KOe]JDU
break; |[n\'Xy;{
//其他类型略; !y_L~81?
} 7Z2D}O+
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Y&b Yaq
player.Play(factory.CreateMedia()); B)7 :*Kj
} ]uFJ~:R
fZf>>mu@r'
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 W2XWb<QSEV
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: a"P &
9c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) TkTGYh
{ WrwbLl E
IMediaFactory factory = null; z#RwgSPw6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Bs0~P 4^
{ 5(#z)T
case ("mp3"): @{qcu\sZ
factory = new MP3Factory(); x=>dmi3
break; EUt2S_2P
//其他类型略; /
P@P1l|I
case ("rm"): !N+{X\+
factory = new RMFactory(); W\B@0Is o
break; ):G+*3yb
//其他类型略; 2A
} ([$KXfAi]h
IMedia media = factory.CreateMedia(); X_-/j.
media.Play(); EIzTbW{p
} I|*<[/)]y
Z .`+IN(>E
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。 ]gHrqi%
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。 n. N0Nhd
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。 kxe{HxM$Z
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: fR;[??NH
xM)P=y_!M+
<appSettings> UBv#z&@[
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> te;bn4~
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> -GL.8"c[
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> g NE"z
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> i`9}">7v~
</appSettings> 6G4~-_
0p3) t
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: uAYDX<Ja9
private void InitMediaType() uuHs)
{ HRahBTd(z
cbbMediaType.Items.Clear(); 7zQGuGo(
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 4Vj]bm
{ mtFC H
cbbMediaType.Item.Add(key); C.=%8|Zy
} I7XM2xM
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 'U@Ep
} p&XuNk
CU\r
I
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \SmYxdU'>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \HoVS
{ MkZoHzg}c
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); !+hw8@A
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); sAX4giaLD
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; bneP>Bd
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, iF##3H$c
factoryDllName).Unwrap(); z2.OR,R}]
IMedia media = factory.CreateMedia(); J=t}N+:F`b
media.Play(); k fOd|-
} ywjD.od"v
slA~k;K:_
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。 ]C_$zbmi
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: ?6[u\V
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 6XhS
g0s
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!