面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ptCFW_UV
B;3lF;3`
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。 ~=!d>f~U
一、传统过程化设计思想 "M GX(SQ
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: sW53g$`v
public class MediaPlayer H(JgqbFB*
{ &gNb+z+
private void PlayMp3() d-W@/J
{ T;4& ^5n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i>]1E^yF
} ~)ZMGx
8Moe8X#3
private void PlayWav() iEA$`LhO\A
{ )YKnFSm
MessageBox.Show("Play the wav file."); [YGPcGw
} WT-BHB1
)*b
dG'}
public void Play(string audioType) HP$GI
{ FuWMVT`Y
switch (audioType.ToLower()) d>RoH]K4
{ ^-*q
case ("mp3"): l@h|os
PlayMp3(); ,t2yw
break; &gDwsW
case ("wav"): Ew&pwsQ
PlayWav(); *FINNNARB
break; efc<lSUR
} ?)Psf/
} W-pN
} C\Y%FTS:
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 h~!KNF*XW
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 >nqDUGnEo>
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! v>p UVM
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 U#u=9%'
二、面向对象设计思想 3? R56$-+
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! L,(H(GeX
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: <wIz8V
public class MP3 x)wlp{rLf
{ 5-=&4R\k
public void Play() y@T0
jI
{ ut<0-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i gyTvt!
} r
I-A)b4
} )&nfV5@"
GG9YAu
public class WAV NSsLuM=.
{ UdIl5P
public void Play() z'W8t|m}Pb
{ K;,_P5J%
MessageBox.Show("Play the wav file."); P,QI-,
} "vH>xBR[%
} tK|jh
pX\Y:hCug
Public class MediaPlayer FLb
Q#c\
{ 1TOT}h5
switch (audioType.ToLower()) ! H^,p$`[i
{ 5t,W'a_
case ("mp3"): o_(@v2G`
MP3 m = new MP3(); O/?Lk*r
m.Play(); +9tm9<F8
break; &=KNKE`
case ("wav"): Hv>16W$_
WAV w = new WAV();
MeP,8,n'
w.Play(); ".Z1CBM(
break; VssD
} hxXl0egI
} KKCzq
|
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。 nx2iEXsa
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) vFz#A/1
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。 hHu?%f*
public class AudioMedia }#b[@3/T
{ mmJ$+$JEk
public void Play() "B$r{ vG
{ =vpXYj
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); d'x'hp%
} ]"*sp
} (>LJv |wn
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)。 oZ/z{`
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: /^2&@P7
public abstract class AudioMedia wT taj08D
{ )zKZ<;#y
public abstract void Play(); 4P>4d +
} Dh4EP/=z
1 m>x5Dbk!
public class MP3:AudioMedia 68!W~%?pR
{ &4dh $w]q
public override void Play() kT=KxS{
{ 1luRTI8^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ?}n\&|+
} Jn+k$'6%#
} 4e0/Q!o,
kf Xg\6uKc
public class WAV:AudioMedia QMI6l'"s
{ $Y\-X<gRH
public override void Play() Y\e8oIYu7
{ Q!T+Jc9N
MessageBox.Show("Play the wav file."); &|LP>'H;
} v5/2-<6x
} "Q[rM1R
b}C6/zW
public class MediaPlayer CZ~%qPwDw
{ $3BH82
//根据需要完成任务的单向分派 V+Tu{fFF7E
public void Play(AudioMedia media) \nKpJ9!
{ m,qMRcDF
media.Play(); 0&W*U{0F\
} x,+2k6Wn!
} ,t!K? Y
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Tp.t.Qic
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 5?yc*mOZ
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: Xh[02iL-
public abstract class VideoMedia &3:U&}I
{ v?)u1-V0
public abstract void Play(); Or2J
} Ibbpy++d[
oE;SZ"$x
public class RM:VideoMedia d$;1%rRj8
{ v<Ozr:lL
public override void Play() |#Q4e51H
{ ~R$Ko(N
MessageBox.Show("Play the rm file."); /ll2lyS+
} o=}vK[0u
} yf/c
Bm\OH#
public class MPEG:VideoMedia sT;:V
{ !ot$ Q
public override void Play() >~vZ+YO
{ tw*n+{]hi
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Cbq|<p# #o
} Z4ZR]eD
} Ed^F_Gg#
E979qKl
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。 $YPQi.
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: Aq5@k\[
%ylpn7I\6
public interface IMedia m`Dn R`+
{ Nm;V9*5
void Play(); >7Y6NAwY
} l(fStpP
hj*Fn
public abstract class AudioMedia:IMedia <8?jn*$;\
{ 2\'5LL3
public abstract void Play(); UomO^P
} #R#o/@|
F VVpyB|
public abstract class VideoMedia:IMedia %(v<aEQtt
{ @9}SHS
public abstract void Play(); QN'v]z
} i4p2]Nr
t
M9J^;3Lrh
这样再更改MediaPlayer类的代码: >.}ewz&9o
public class MediaPlayer jaOt"iU.B
{ $(PWN6{\r^
public void Play(IMedia media) zB@@Gs>
{ OpT0V]k^"9
media.Play(); XY*KWO
} V!3.MQM
} =#Qm D=
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 a#NP69
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。 C\d5t4s
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。 ud@7%%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OQC.p,SO
{ y~jYGN
IMedia media = null; e|~s'{3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J ;e/S6l
{ gL-\@4\wc
case ("mp3"): d O' apey
media = new MP3(); ;^cc-bLvF
break; =w/S{yC
//其它类型略; %x5zs ]4^
case ("rm"): ,VTX7vaH
media = new RM(); j}devpO
break; VJ'bS9/T
//其它类型略; N:yyDeGyW
} 9tZ+?O5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 5%Xny8
]|D
player.Play(media); (qky&}H
} r!,/~~mT
$>M A
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 3~uWrZ.u
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。 G"'[dL)N>
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。 (q|EC;
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。 [L+VvO%cT
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: <s737Rl
public interface IMediaFactory SA'c}gP
{ oO8opS7F
IMedia CreateMedia(); .^}
vDA
} 4CdST3
|n_es)A
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: ^^m3
11=
public class MP3Factory:IMediaFactory k"V@9q;*
{ #VA8a=t
public IMedia CreateMedia() *G,'V,?
{ z#|#Cq`VG
return new MP3(); $kM8E@x2
} uSRvc0R\
} 'J=knjAT
//其它工厂略; CaV>\E)
#FHyP1uyc
public class RMFactory:IMediaFactory PM
A61g
{ s,2gd'
public IMedia CreateMedia() =IkG;gg
{ DwLl}{r'
return new RM(); sJHN4
} Fm3f/]>k#_
} 6x_tX
//其它工厂略; [Tq\K ^!^
VIi/=mO]
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 *Pmk1h2
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Q:+cLl&;hB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OlV'#D
{ 6}>:sr
IMediaFactory factory = null; !_|rVg.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8UANB]@Y}
{ s7~[7
//音频媒体 DwL4?!E
case ("mp3"): ; {P"~(S%
factory = new MP3Factory(); 2\:z
break; PilV5Gg
//视频媒体 %N, P?
,U
case ("rm"):
7z?rx
factory = new RMFactory(); I}@m6D|\
break; )7j CEA03
//其他类型略; M-B -
} Yiq8>|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); s=uWBh3J
player.Play(factory.CreateMedia()); [9O,C-Mk
} I'NE>!=Q
;~ >E^0M
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 KP[H&4eoC
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: &>Ko}?w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) fy(i<L
Z
{ nO d'$q
IMediaFactory factory = null; >;;tX3(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _c W(R,i
{ Yp_R+a^
case ("mp3"): 9b0M'x'W5
factory = new MP3Factory(); M_4:~&N$
break; $2M dxw5
//其他类型略; WG_20JdJY
case ("rm"): N!`8-ap\^
factory = new RMFactory(); \3ZQ:E}5
break; l5m5H,`
//其他类型略; MZ8jL,a^
} S4jt*]w5b
IMedia media = factory.CreateMedia(); l^F%fIRp)
media.Play(); ^rDT+ x
} rX*ATN
M99gDN
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。 PKx ewd
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。 SseMTw:
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。 &y}nd
7o
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: g8_C|lVZi
E[FRx1^R9
<appSettings> W:8*Z8?7
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> {\?zqIM
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> #()u=)
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> g]z[!&%Ahs
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> iZVMDJ?(Z]
</appSettings> U~mv1V^.
mh#dnxeR
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: KXgC]IO~
private void InitMediaType() &tULSp@J
{ }Ot
I8;>
cbbMediaType.Items.Clear(); G$5N8k[2
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) O>E2G]K]\
{ .=VtMi$n
cbbMediaType.Item.Add(key); fDn| o"
} o*_O1P
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; CZ/bO#~
} S[b)`Wi D
)m-l&UK
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: >t/P^fr_F
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) DiB~Ovh|
{ z_dorDF8`>
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); s{- `y`JP
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); aN.t) DG}J
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; {ZS-]|Kx
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, :.-z) C}
factoryDllName).Unwrap(); P~)ndaQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); <&?gpRK
media.Play(); Y}bJN%M
} `>1"v9eF
idC4yH42
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。 2 NgEzY5
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: LWB"}#vt
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 G36}4
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!