面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Bmx(qE
C2+{U
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。 MB]#%g&
一、传统过程化设计思想 C1X}3bB
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: d98))G~W
public class MediaPlayer r/mA2
{ a&$Zpf!!
private void PlayMp3() <O \tC81
{ o,?!"*EP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =7 Jy
} Rr o?q
h]kn%?fpmB
private void PlayWav() Z"6 2#VM
{ rnnX|}J
MessageBox.Show("Play the wav file."); "%{,T
} D ?Nd; [
- *:p.(c
public void Play(string audioType) 0n4g$JK7
{ x`]Ofr'
switch (audioType.ToLower()) 8O~0RYk
{ nGq]$h
case ("mp3"): Ef2Yl
PlayMp3(); %*$5!;
break; {V}t'x`4c
case ("wav"): y=[gQJ6~r
PlayWav(); =LlLE<X"%x
break; FWuw/b$
} /Jh1rck
} i/NDWVFD
} S:/{
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。 #,@bxsB
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。 tlDYk
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! 6yE'/VB<
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。 ;$vLq&(}
二、面向对象设计思想 tRLE,(S,-
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! xU@1!%l@
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: S-isL4D.Z
public class MP3 gzVtxDh
{ 6D/uo$1Y
public void Play() 1)$%Jr
{ By2s ']bw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7sXy`+TZ->
} j'3j}G%\T
} }P#Vsqe V
J4YT)-
public class WAV bRWIDPh
{ 8V6=i'GK
public void Play() A[RHw<
{ GHv{
MessageBox.Show("Play the wav file."); p`d
XqW
} 2Oyy`k
} p= {Jf}v
`-4'/~G
Public class MediaPlayer [-4KY4R
{ K'x4l,rq
switch (audioType.ToLower()) `q%U{IR
{ dw~[9oh
case ("mp3"): ):3MYSqX
MP3 m = new MP3(); a* D,*C5}
m.Play(); v9u<F6
break; ERF,tLa!
case ("wav"): !6M Bxg >
WAV w = new WAV(); ar Q)%W
w.Play(); -^yXLa;D
break; kB8
M i
} N*Yy&[
} /dLA`=r Zx
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。 $K})Q3FNi
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) E(_KN[}S
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 K]X`sH:
public class AudioMedia yk<VlS
{ Mal <iNN
public void Play() ba8 6 N
{ ,I ZqLA
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); .hKhrcQp
} 'qjX$]H
} 'fIHUw|
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)。 rOW;yJ[
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: Kv}k*A% S
public abstract class AudioMedia %MN.O-Lc
{ e8oKn&
public abstract void Play(); fe|g3>/|
} S.: 7k9
6JSY56v
public class MP3:AudioMedia EJ`Q8uz
{ :/6()_>bO
public override void Play() s
_~IZ%+<.
{ A#(`9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ur6e&bTp
} bw9
nB{C<
} ]BfS270
-^Xy%
public class WAV:AudioMedia -j&Vtr
{ ,HZYG4,
public override void Play() X]!D;7^
{ l x e`u}[
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3htq[Ren
} it)ZP H
} MWs~#ReZ
hk_g2g
public class MediaPlayer oSY7IIf%L
{ F}'wH-qp
//根据需要完成任务的单向分派 X'x3esw w
public void Play(AudioMedia media) 3C M^j<9
{ Q.A \U>AgV
media.Play(); 0 _A23.Y
} qBYg[K>
} H-,TS^W
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)。 Iyyo3awc
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。 cvfUyp;P
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: IE;\7r+h
public abstract class VideoMedia F+ukAT
{ 'w.}2(
public abstract void Play(); d; =u
} hm\\'_u
{E51Kv&_
public class RM:VideoMedia k][h9'
{ 2Lfah?Tx~C
public override void Play() fQU{SjG
{ z]=8eV\
MessageBox.Show("Play the rm file."); "Zcu[2,
} 1`JB)9P
} >3PMnI
)3%@9
public class MPEG:VideoMedia T@P!L
{ 6{=_718l`
public override void Play() Z5B/|{
{ MDHb'<o?y
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Nqcp1J"
} 8KMvAc
} Uw)=WImz[
CxDcY
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。 6+3 $:?
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: jj,r <T
sn"fK=,#g
public interface IMedia {<K=*rrZ
{ I9&lO/c0
void Play(); dJi|D
} -Sz_mr
3v1 7"
public abstract class AudioMedia:IMedia Y:psZ
{ I^_NC&m
public abstract void Play(); ()\jCNLT
} 9I.^LZ"
yMxTfR
public abstract class VideoMedia:IMedia T0j2a&Pv
{ jW*1E*"
public abstract void Play(); 3l!NG=R
} m$>iS@R
H;<!TX.zD
这样再更改MediaPlayer类的代码: 9-*NW0
public class MediaPlayer dAx96Og:X"
{ "oJ(J{Jat
public void Play(IMedia media) crA:I"I
{ "YFls#4H-
media.Play(); Bt^K]F\
} 3bC
yTZk
} _3Q8n|
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 s #:%x#
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。 A3P9.mur
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。 \hk/1/siyF
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1`r| op},
{ n1(?|aJ#1
IMedia media = null; c $;\i
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lXrD!1F
{ !MZw#=D`
case ("mp3"): <MD;@_Nz\
media = new MP3(); #,f{Ok+
break;
t\U$8l_;
//其它类型略; -@%%*YI>
case ("rm"): <SXZx9A!
media = new RM(); -$Y8!5 4
break; vM0_>1nN
//其它类型略; sn\;bq
} |:iEfi]j
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ~bU7QLr
player.Play(media); 4-4?IwS
} ,j;PRJ
DMgBcP
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 vx 0UoKX
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。 MB$a82bY
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Zy$L rr!
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。 ki\uTD`mf
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: 4be> `d5j
public interface IMediaFactory Z}Cqd?_')
{ 744=3v
IMedia CreateMedia(); g,lY ut
} XSD%t8<LO
nsJ:Osq|
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: f'/ KMe%<
public class MP3Factory:IMediaFactory W}gVIfe
{ cK}Pf+r>
public IMedia CreateMedia() +mWjBY
{ ]mkJw 3
return new MP3(); 8GB]95JWwp
} MQ w9X
} v4<j
//其它工厂略; W7e4pR?w
iz
x[
public class RMFactory:IMediaFactory CyTFb$Z
{ JLUms
public IMedia CreateMedia() ,?=KgG1i
{ /Dd\PjIH{
return new RM(); *FPg#a+
} `!Ln|_,d
} }MZan" cfo
//其它工厂略; x`2pr
&-F"+v,+
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 mTd<2Hy
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: -N^=@Yx)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) i7v/A&Rc
{ F ?mA1T>x
IMediaFactory factory = null; &t[|%c*D&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `QLowna
{ b+$o4l/x
//音频媒体 z\$;'
case ("mp3"): M)=|<h"F
factory = new MP3Factory(); m+$/DD^-zl
break; ,)uPGe"y
//视频媒体 ,?w!5N;iRO
case ("rm"): d<Dn9,G
factory = new RMFactory(); bw;iz,Z
break; *^6k[3VY
//其他类型略; Q0SW;o7
} AO8:|?3S
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); w%~qB5wF6
player.Play(factory.CreateMedia()); (\uAAW"
} vK'9{q|g
`vH&K{
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ]-rczl|o
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5:_~mlfi
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) A?sNXhh
{ | @q9{h7
IMediaFactory factory = null; FLEg0/m0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (WkTQRcN,
{ "?+UI
case ("mp3"): 69OET_AS>
factory = new MP3Factory(); j Q^Yj"6
break; *|CLO|B)
//其他类型略; , Z4p0M
case ("rm"): )_F(H)*
factory = new RMFactory(); .Wh6(LDY(
break; -YAO3
//其他类型略; }kv) IJ
} o:f|zf>
i<
IMedia media = factory.CreateMedia(); :(RL8
media.Play(); 6|i`@|#
} Ta,u-!/I
r5Wkc$
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。 iF+S%aPd#
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。 q>c+bo
6
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。 U0zW9jB
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: a\Tr!Be,
@!,D%]8"
<appSettings> @b8X%0B7
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> l`oT:
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> tvK rc
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> '%3u%;"
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> US"2O!u
</appSettings> +i2YX7Of
zmdWVFVv
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: YcEtgpz@
private void InitMediaType() 0LZ=`tI
{ ,d3Q+9/
cbbMediaType.Items.Clear(); ;}n|,g>
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) k`{RXx
{ eR(\s_`
cbbMediaType.Item.Add(key); aViJ
} k q/t]%(
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ;,()wH
} {_?T:`
G%y>:$rw[O
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Cca~Cq[%*(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) J~M H_N
{
$@5%5
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 7AS.)Q#=x
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 6@*5!,
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ce 7Yr*ZB
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ecM4]U
factoryDllName).Unwrap(); )w^GPlh
IMedia media = factory.CreateMedia(); Fc34Y0_A
media.Play(); {d&X/tT
} Tz+HIUIxF
j;$6F/g
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。 a3b2nAI l
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: pil0,r
$D
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 *#ob5TBq[
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!