面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 8 \"A-+_Q
+<T361eyY
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。 _<6E>"*m
一、传统过程化设计思想 e +Ikw1y"f
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: !lL~#l:F
public class MediaPlayer "sSY[6Kp!
{ .wO-2h{Q
private void PlayMp3() !GJT-[
{ Sa-" G`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); F AQx8P
} k?}y@$[)
l(pP*2
private void PlayWav()
6`@6k2]
{ 5FVmk5z]d
MessageBox.Show("Play the wav file."); q:1n=iEi
} pK"iTc#\X
@x^/X8c(p
public void Play(string audioType) g;7W%v5wqk
{ U
UhlKV|5
switch (audioType.ToLower()) D/ tCB-+
{ G|I}x/X"Q7
case ("mp3"): BZa`:ah~x
PlayMp3(); pwvmb\
break; ,z01*Yx
case ("wav"): x21XzGLY|}
PlayWav(); GMY[Gd
break; <Zo{D |hW
} n0FzDQt26
} ><C9PS@
} ;>%wf3e
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。 QuBA'4ht
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。 6st^-L
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! B2:GGZ|jS
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。 q26qY5D
二、面向对象设计思想 u"F{cA!B
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! w0O(>
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: _&M^}||UH
public class MP3 yBCLS550
{ BQ=JZ4&
public void Play() ezA&cZ5
{ ,b<m],p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mYqLqezAA
} A>frf[fAW
} *|^||
bd
RS|*3
$1
public class WAV `Bb32L
{ xS; tmc
public void Play() #"-DE-I[
{ wkY$J\J
MessageBox.Show("Play the wav file."); `NyO|9/4
} HOr Xxxp1^
} w}YcAnuB{%
R1Fcd@DWD
Public class MediaPlayer }((P)\s
{ ~"Su2{"8B
switch (audioType.ToLower()) /GF"D5
{ FzF#V=9lP
case ("mp3"): hb(H-`16
MP3 m = new MP3(); )K]<\Q[
m.Play(); )Wk&c8|y
break; TCK#bJ
case ("wav"): vcZ"4%w
WAV w = new WAV(); "$3~):o
w.Play(); #@F
break; 9fYof
} /Ri-iC >
} d>0 j!+s
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。 w6ck wn,
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) z`YAOhD*h4
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。 <.ZD.u
public class AudioMedia t1p[!53(
{ u~!Pzz3"
public void Play() 6ZQ$5PY
{ }vZTiuzC
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ^vZu[m
} k;<F33v;Mh
} lr[&*v?h
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 wsj5;(f+
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: \*#E4`Y
public abstract class AudioMedia -h 21
{ {DX1/49
public abstract void Play(); w ; PV
&M
} KssIoP
LbnF8tj}h
public class MP3:AudioMedia ?Hbi[YD
{ 1#x@
public override void Play() {sUc2vR
{ MNX-D0`g
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P9]95.j
} Oe0dC9H
} S/6I9zOP
zTze%
public class WAV:AudioMedia Q[bIkvr|
{ /?C6oj1
public override void Play() Ws[d. El
{ tp b(.`G
MessageBox.Show("Play the wav file."); gWy2E;"a
} J|b:Zo9<f"
} ^Y^5 @x=
6K5KkEp
public class MediaPlayer F:-6Htmj
{ |bmc6G[
//根据需要完成任务的单向分派 gC/-7/}
public void Play(AudioMedia media) 1F?ylZ|~
{ v?h8-yed
media.Play(); mGUl/.;yp-
} N-GQ\&
} C5oIl_t
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 7h.:XlUm|
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 .w)T2(
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: )h(yh50
B
public abstract class VideoMedia Pl[WCh
{ Gp))1b';
public abstract void Play(); e7gWz~
} :=%`\\
.g6(07TyV
public class RM:VideoMedia .:jfNp~jt
{ a<{+
JU5
public override void Play() w5}2$r
{ _Y,d|!B#L
MessageBox.Show("Play the rm file."); )IZ~!N|-w
} PRF^<%mkI
} s)|l-I
:#p!&Fi
public class MPEG:VideoMedia VUGVIy.
{ rDWqJ<8
public override void Play() (#k2S-5
{ NYZI;P1DA
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); S#,
E)h/
} ^<O:`c6_
} eEkbD"Q
Fu!sw]6xx
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。 79Vp^GG7
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: kP}91kja
ni x1_Wo;
public interface IMedia GPnSdGLC
{ *S4*FH;8
void Play(); ,b8q$R~\
}
UBxQ4)%
+Udlt)H
public abstract class AudioMedia:IMedia Sud5F4S
{ S}cm.,/w
public abstract void Play(); ua
vv
} SpUcrK;1
onj:+zl
public abstract class VideoMedia:IMedia \
>(;t#>
{ %L$P']%t@
public abstract void Play(); 2 9=L7
} KI="O6 h
[bvI T]Z
这样再更改MediaPlayer类的代码: =j1rw
public class MediaPlayer Kr]`.@/.S
{ 0BTLIV$d;
public void Play(IMedia media) Tfl4MDZb
{ *xOrt)D=
media.Play(); GlVD!0
} -*EK-j
} +}@HtjM
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 VJeN
m3WNb
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 cHMS[.=;
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Y+tXWN"8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =N zA2td
{ m,U`hPJ
IMedia media = null; @"#W\m8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *tda_B
2
{ }]H_|V*f
case ("mp3"): fH7o,U|
media = new MP3(); }$ Am;%?p
break; :d<;h:^_
//其它类型略; 217KJ~)'
case ("rm"): $h-5PwHp
media = new RM(); -)tu$W*
break; r='"X#CmV/
//其它类型略; dZ7+Iw;m
} pU*dE
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,]'?Gd
player.Play(media); aMFUJrXo
} ~sQN\]5VW
~o+HAc`=v
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 lc=C
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。 DT@6Q.
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。 '%`Wy@
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。 D/Y .'P:j
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: WKQVT I&A.
public interface IMediaFactory #<bt}Tht
{ *Ki ],>_~
IMedia CreateMedia(); u9FXZK7
} +]Y&las
+t
R6[%
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: $3sS&i<
public class MP3Factory:IMediaFactory !0~$u3[b
{ Fr)G
h>
public IMedia CreateMedia() u4=j!Zb8}
{ |wZ8O}O{E
return new MP3(); z1ltc{~Z
} }06
} Yo
c N@s
//其它工厂略; #s1O(rLRl
Qc z7IA
public class RMFactory:IMediaFactory Poacd;*
{ rs3Uk.Z^'
public IMedia CreateMedia() Dm6}$v'0
{
tqE LF
return new RM(); Dqe/n_Z
} b$nXljV4?
} OCF\*Sx
//其它工厂略; 4XDR?KUM
9
I> 3p4]
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。 @#}9?>UV
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: FG-w7a2mn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Nf>1`eP
{ 02} &h
IMediaFactory factory = null; +n]U3b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]S[zD|U%
{ m El*{]
//音频媒体 a2*WZc`
case ("mp3"): {hX.R
factory = new MP3Factory(); m u(HNj
break; %lchz/
//视频媒体 W 0Q-&4
case ("rm"): a4X J0Tm
factory = new RMFactory(); <w}k9(Ds
break; |8h<Ls_
//其他类型略; 5f7;pS<
} jpqq>Hbg_
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Roy0?6O
player.Play(factory.CreateMedia()); O k_I}X
} EW$ Je
pFGK-J
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。 LKG],1n-
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: FK{YRt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~!'%m(g
{ -,et. *
IMediaFactory factory = null; ;"&^ckP
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2s;/*<WM
{ fEdQR->
case ("mp3"): \0Zm3[
factory = new MP3Factory(); *L/_ v
break; r^&{0c&o
//其他类型略; rSB"0W7
case ("rm"): Ywt_h;:
factory = new RMFactory(); mUzNrkG(G
break; 7[QU
*1bk
//其他类型略; S)z
jfJR
} ,:QG%Et
IMedia media = factory.CreateMedia(); [bJ/$A
media.Play(); e%j+,)Ry
} J}TS-j0
;k/y[ x}
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 "tUXYY
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 1^R @X
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ~o%|#-S
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: oDx*}[/
+GgWd=X.Y
<appSettings> r~u/M0h `
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \*!?\Ko`W
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> QR'"Zw&q5/
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> @h([c
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> X_|8CD-@6
</appSettings> P@p(Y2&~g
C+,;hj
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: rOB-2@-
private void InitMediaType() xzy7I6X
{ YU[93@mCh
cbbMediaType.Items.Clear(); n<kcK
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) [Ym?"YwVX
{ 42:\1B#[
cbbMediaType.Item.Add(key); Et%s,zeA{2
} /+P
4cHv]F
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; @h
X
} *(s+u~, I
?.IT!M}DR
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: y)|Q~8r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ! k||-Q&
{ 6t
TLyI$+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); r`i<XGPJ%
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ]OM|Oo
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 06pLa3oi
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, <m`HK.|~
factoryDllName).Unwrap(); z*l3O~mZ
IMedia media = factory.CreateMedia(); FsY}mql
media.Play(); 6/T
hbD-C
} q>%KIBh(
Yp./3b VO
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。 q*Yh_IT.I
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: /P5w}n
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 z*YkD"]B
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!