面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _p\
0PIC|
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。 E9;cd$}K
一、传统过程化设计思想 p[VBeO^%
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: 6n]fr9f
public class MediaPlayer 9; H R
{ 4*g`!~)
private void PlayMp3() H2l/9+
{ :[m;#b
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rJ4O_a5/
} D+]#qS1q
CDQ}C=4
private void PlayWav() M2(+}gv;7p
{ $(H%|Oyn
MessageBox.Show("Play the wav file."); }+h/2D
} -tAdA2?G
mVg-z~44T
public void Play(string audioType) |G~LJsXW!v
{ jwgXq(
switch (audioType.ToLower()) yjaX\Wb[z[
{
G4vXPx%a8
case ("mp3"): Wp`wIe6
PlayMp3(); UM(tM9
break; r j#K5/df
case ("wav"): vcy}ZqWBO
PlayWav(); ,di'279|
break; ~Jrtm7
} cH?j@-pY
} Q"n*`#Yt'
} &[f.;1+C
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ~0,Utqy
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 dElOy?v
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! -@X?~4Idz
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 XZYpU\K
二、面向对象设计思想 H'Bor\;[>
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! r t@Jw]az
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: fpJM)HU
public class MP3 l&S2.sC
{ 1P:r=Rt/
public void Play() v*SSc5gFG
{ AA"?2dF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N@lTn}U
} 2`tdH|Z`
} "5"6mw?
Xp@8vu
public class WAV A9'
[x7N
{ uo;aC$US
public void Play() l)<
'1dqe
{ IugYlt
MessageBox.Show("Play the wav file."); W+-a@)sh3Q
} GoP,_sd\O
} ~F [}*%iR
&Ed7|k]H
Public class MediaPlayer _fx0-S*$
{ Kq
e,p{=
switch (audioType.ToLower()) r!N)pt<g
{ HgPRz C
case ("mp3"): kNP.0
MP3 m = new MP3(); 6:O3>'n
m.Play(); j}7as&
break; Fk@A;22N
case ("wav"): i_Dv+^&zV
WAV w = new WAV(); /. GHR
w.Play(); v!n\A}^:
break; d0$dQg
} 23 j{bK
} ~N2){0j4
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 j&6'sg;n)
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2`hc0
IE
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 C` ?6`$Y
public class AudioMedia 86NAa6BW
{ k~Qb"6n2
public void Play() 7\m.xWX e
{ DG,CL8bv
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); kY*3)KCp
} \]ouQR.t@\
} z/6/
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)。 Dnn$-W|NC
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: gKy@$at&
public abstract class AudioMedia JRt^YX
{ v- M3/*
public abstract void Play(); q"xIW0Pc
} ngJi;9X8*t
T\ZWKx*#
public class MP3:AudioMedia 35I y\
{ ^j&'2n@9a
public override void Play() _9!*laR!2
{ 8 #fzL7
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); p?(w! O
} l*_%K}%?V
} y^7;I-
^HYmi\`
public class WAV:AudioMedia UQ6UZd37
{ tZ,vt7
public override void Play() r \+&{EEG
{ BayO+,>K
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;AMbo`YK[
} ]vj4E"2;
} q}gj.@Q"
fq(r,h=|
public class MediaPlayer CA%p^ 4Q
{ rI34K~ P
//根据需要完成任务的单向分派 !T;*F%G9
public void Play(AudioMedia media) rvO7e cR"
{ y+xw`gR:
media.Play(); w:xLg.Eq6
} H%N!;Jz=
} i
bAZ*I
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)。 Ncr38~;w
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。 ^% y<7>%
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: #eSVFD5ZU
public abstract class VideoMedia ^DVj_&~
{ d'ddxT$GG
public abstract void Play(); .BN~9w
} N!Dc\d=8q]
B;Pws$J
public class RM:VideoMedia W:D'k^u
{ P'f0KZL;
public override void Play() #;FHyKx
{ F7$x5h@
MessageBox.Show("Play the rm file."); mUW|4zl i}
} uim4,Zm{
} Q79& Q04XN
M`IiK+IoU
public class MPEG:VideoMedia UB[tYZ
{ ngF5ywIG
public override void Play() RDU,yTHq
{ O%? TxzX;
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); .Rt_j
} !u~h.DrvZ
} G8xM]'y
xbJ@ z{
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。 Wy^43g38'p
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: Ar&]/X,WG
mD }&X7
public interface IMedia iC-WQkQY
{ P|}~=2J
void Play(); 2>~{.4PI
} MgJiJ0y
mXZOkx{
public abstract class AudioMedia:IMedia @Dc?fyY*o<
{ \2cbZQx
public abstract void Play(); tI50z khaB
} r,}U-S.w
! K? o H
public abstract class VideoMedia:IMedia 9>~UqP9
{ hKq <e%oVH
public abstract void Play(); W\09hZ6
} r~q*E'n
tln*Baq
这样再更改MediaPlayer类的代码: vd7%#sHH&
public class MediaPlayer {
?p55o
{ RqTW$94RD
public void Play(IMedia media) Q*wub9
{ Dw}8ci'
media.Play(); :$Lu
V5
} gM=oH
} M7Ej#Y
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Oi{X \Y
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。 yQ\K;
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。 {l&6=z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,EPs>#d
{ sO7$b@"u.
IMedia media = null; ca>6r`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c +Pg[1-
{ 0gY,[aQ2
case ("mp3"): #fg RF
media = new MP3(); m~s.al(G91
break; !>XG$-$`Z
//其它类型略; |~mq+:44+
case ("rm"): I#(D.\P
media = new RM(); }W&hPC
break; S.o 9AUv9
//其它类型略; v=Ep
} p)}iUU2N
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); `q Sfo`
player.Play(media); }\5^$[p
} cVv>"oF;~*
G=4Da~<ij
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 1_vaSEov
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。 KobNi#O+
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。 J;+AG^U<
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。 TbyQ'MbUv
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: 5=CLR
public interface IMediaFactory x7$U
{ x:8x GG9
IMedia CreateMedia(); [uOW\)`
} ,=KJ7zIK?
B.2F\ub g
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: wc-H`S|@
public class MP3Factory:IMediaFactory ;p~@*c'E
{ x#yL&+'?Mj
public IMedia CreateMedia() ]9z{
95
{ S9X~<!]
return new MP3(); $^R[t;
} u?[P@_i<
} n y6-_mA]
//其它工厂略; 9ls<Y
FY"!%)TV
public class RMFactory:IMediaFactory = !D<1<
{ 8.D$J
public IMedia CreateMedia() Ikiv+Fq(
{ 31mY]Jve"
return new RM(); pE >~F
} e#`wshtN:
} T1m097
//其它工厂略; W2h^ShG
061@N=p8
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。 <~# ZtD$G
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ` +]9+:tS
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !?B9 0(
{ Qz&I~7aoyV
IMediaFactory factory = null; l= 5kd.{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) xy`aR< L
{ M@@"-dy
//音频媒体 Y<Y5HI"
case ("mp3"): c0ET]
factory = new MP3Factory(); s$xctIbm?,
break; w#_xV
=
//视频媒体 N3E Qq~lX
case ("rm"): MO)N0{.b
factory = new RMFactory(); o?uTL>Zin
break; R:YX{Tq
//其他类型略; !]qwRB$5
} CD1}.h
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z<_{m4I;
player.Play(factory.CreateMedia()); EOhUr=5~
} ewB&PR
%tM]|!yw
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 H@2JL.(k
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5o\yhYS:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ZQND^a:
{ En3Q%
IMediaFactory factory = null; @TC_XU)&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) :av6*&+
{ c_a*{L|c
case ("mp3"): Bn*D<<{T
factory = new MP3Factory(); g':mM*j&
break; P7d" E
//其他类型略; 4lC:svF
case ("rm"): 3EB8ls2
factory = new RMFactory(); 1R9hA7y&,/
break; "_jczr$*
//其他类型略; 7)G- EAF
} ~d_Z?Z
IMedia media = factory.CreateMedia(); f5zxy!dhKS
media.Play(); H?ssV^k
} Sai_rNRWB
2;.7c+r0
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。 "XMTj <D
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。 N8:?Z#z
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。 5~4I.+~8
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: ]hTYh^'e
$6atr-Pb
<appSettings> u*`acmS>N
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 3nf+imAF
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ?sDm~]Z
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> yd5r]6ej
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> L<]j&
</appSettings>
D:'|poH
34U/"+|z
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: Hk8:7"4Q
private void InitMediaType() F6Z l#eL
{ <I'kJ{"
cbbMediaType.Items.Clear(); MGX %U6
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 9a2Ga
{ N8}R<3/
cbbMediaType.Item.Add(key); fHYEK~!C04
} K,%H*1YKK
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; IJO`"da
} vp &jSfQ^
|332G64K
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: wlBdA
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t`+x5*gW
{ j(6:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); P
(jlWr$$
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); wA)
NB
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Ps Qq^/
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, zMt "ST.
factoryDllName).Unwrap(); g"(
vl-Uw
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y'S xehx
media.Play(); EnA) Rz
} C*ZgjFvB
IPa08/
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。 LslQZ]3MY
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: h=YY>
x
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 i68'|4o
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!