面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) A4mnm6Tf
3m]8>1e1"
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。 "Ei' FM
一、传统过程化设计思想 ]T<\d-!CZN
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: xfFsW^w
public class MediaPlayer b&_u+g
{ j
+u3VP
private void PlayMp3() tT`{xM
{ :%2uZ/cG(
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }P(<]UF
} 0V!@*Z
+j!$88%Z{
private void PlayWav() /8Xd2-
{ T {B\1|2w
MessageBox.Show("Play the wav file."); 9'I$8Su
} C?-_8OA
Q!`
public void Play(string audioType) I;rh(FMV
{ d xk~
switch (audioType.ToLower()) r(i!". Z
{ RuBL_Vi
case ("mp3"): wVac6q
PlayMp3(); \ x>#bql+
break; /vrjg)fer
case ("wav"): w7"&\8a
PlayWav(); LP:U6 Z
break; -xMM}r
y
} n\'@]qG)Z4
} E*]%@6tH
} {cMf_qQ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 jB -wJNP/
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 nA 5-P}
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! MB3 0.V/\
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 yr,Oq~e
二、面向对象设计思想 8Ssk>M*
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ; +%| !~
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: kp>AZVk
public class MP3 +8eW/Bs@2
{ ganXO5T$
public void Play() f3M~2jbv'p
{ le.(KgRS4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); n&;-rj^qq
} =[x
@BzH
} yMCd5%=M\
:^*9Eb
public class WAV h&Q9
{ $kCXp.#k@~
public void Play() mvrg!/0w
{ UCDvN
MessageBox.Show("Play the wav file."); [/Ya4=C@
} w$)E#|i
} GFmVR2z_+
#M5[TN!
Public class MediaPlayer {nyVC%@Y
{ s\#eD0|
switch (audioType.ToLower()) Z2soy-
{ }2i3
case ("mp3"): 3G9AS#-C
MP3 m = new MP3(); + jIE,N
m.Play(); Bp:i[9w
break; n]]!:jFC
case ("wav"): J^]Y`Q`
WAV w = new WAV();
0"O22<K3a
w.Play(); UB&)U\hn
break; 2 bQC2
} p/GYfa
dU
} Ls~F4ar$/
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。 JJe?Zu\
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) "Ca?liy
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。 2(Ez
H
public class AudioMedia KXy|Si8w
{ h=Xr J
public void Play() U3zwC5}BN
{ $xU5vCwAo
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); .Lc<1s
} v4V|j<R
} l<l6Ey(
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)。 =W
Q_5}
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: 4lqowg0
public abstract class AudioMedia V$7SVq
{ h
r!Htew4
public abstract void Play(); (&x#VmDL
} ]/y&5X
;2=H7dq
public class MP3:AudioMedia 8`/nk`;
{ 38hA guZX
public override void Play() e2?7>?
{ Y"U -Rc
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y=#g_(4*
} T;u>]"S
} Zk.LG Yz
~+GMn[h
public class WAV:AudioMedia fEl,jA
{ Ba],ONM4k
public override void Play() p ^U:O&U(
{ |<n+6
MessageBox.Show("Play the wav file."); z$d/Vz,a
} }"'^.FG^_
} N}*|*!6hI
7xOrG],E
public class MediaPlayer ci@U
a}T
{ 4D`T_l
//根据需要完成任务的单向分派 %-6I
public void Play(AudioMedia media) YAIDSZ&l[
{ s C9j73vf
media.Play(); ,\|W,N}~
} JWa9[Dj
} <[H1S@{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)。 0r?}LWjf
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。 kphv)a4z=
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: 'wd-!aZAd
public abstract class VideoMedia }wh)I]]U
{ Xw=>L#Q
public abstract void Play(); R^.oM1qu|
} |8$x
Wh:SZa|
public class RM:VideoMedia Yd4J:
{ >C`b4xQ
public override void Play() iR9
$E
{ ag-\(i;K]
MessageBox.Show("Play the rm file."); 1Z +3=$P
} *N .f_s
} Wb] ha1$
`4RraJj>0~
public class MPEG:VideoMedia DHO6&8S
{ gp:,DC?(
public override void Play() Zu\(XN?62
{ sS,Swgr
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); &k
/uR;yw
} V fJYYR
} jmbwV,@Q2
P"J(O<(1-:
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。 +zQ
a"Ep*
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: 0Ii*
"?s
yVvO!
public interface IMedia |hjm^{!TpW
{ 6s{~9
void Play(); ,~-"EQT
} 6.},y<E
GqXnOmk
public abstract class AudioMedia:IMedia ,YYyFMC7S
{ m]8rljo
public abstract void Play(); 'ao<gTUbu
} <FIc!
c(.2D
public abstract class VideoMedia:IMedia c
rPEr
{ 05mjV6j7m
public abstract void Play(); ?GPTJ#=j=]
} sr+*
q6W
0Zp)
DM
这样再更改MediaPlayer类的代码: RU3:[(7
public class MediaPlayer cF9bSY_Eh
{ Vv4w?K
public void Play(IMedia media) e`%U}_[d
{ pe>R2<!$
media.Play(); Y<0;;tVf4U
} xJtblZ1sr
} +85i;gO5
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w yP|#Z\
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。
")MjR1p
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。 0Ym+10g
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?!=yp#
{ iB;EV8E
IMedia media = null; fmf3Hp@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) S"ZH5O(
{ LeDty_
case ("mp3"): U|QLc
media = new MP3(); QH:k5V~
break; 8"L#5MO t
//其它类型略; hI.@!$~=
case ("rm"): xT7JGQ[|
media = new RM();
n4;
break; Q>Rjv.1
//其它类型略; (3Hz=k_
} o2
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); (_h<<`@B
player.Play(media); "]\sw"zO?
} J jRz<T;
qPeaSv]W
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 n1+1/
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 JDcc`&`M
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 {"T$jV:GB
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。 qdkhfm2(K
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: Vmq:As^a
public interface IMediaFactory FCL7Tn
{ U$+EUDFi3_
IMedia CreateMedia(); s8L=:hiSf)
} 0
@]gW
Bx9R!u5D
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: _m .u@+g
public class MP3Factory:IMediaFactory KY5 it9e
{ 0LEJnl
public IMedia CreateMedia() LpCJfQ
{ 8S*3W3HY
return new MP3(); 'sb&xj`d
} =-wF Brw
} ZfM DyS$.
//其它工厂略; |q0F*\z3
:;Z?2P5i
public class RMFactory:IMediaFactory 9e5XS\
{ PkM]jbLe8
public IMedia CreateMedia() I'6wh+
{ jSi\/(E
return new RM(); Rq`B'G9|c
} `sW+R=
} UAleGR`,
//其它工厂略; xF4S
v\&C]W]
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。 jQ>~
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: -|F(qf
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MZJ@qIg[Y
{ &+0WZ#VI
IMediaFactory factory = null; h 8Shf"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?2d! ^!9
{ fkKk/M>1
//音频媒体 'PO+P~|oa&
case ("mp3"): :pz`bFJk
factory = new MP3Factory(); ENoGV;WG
break; olA 1,8
//视频媒体 UdGa#rcNW
case ("rm"): 1u `{yl*+?
factory = new RMFactory(); 'xK ,|U
break; ''p7!V?
//其他类型略; Gl am(V1
} K/T4T\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lftT55Tki
player.Play(factory.CreateMedia()); 9:\#GOg
} @%"+;D
B}?$kp
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。 mFk6a{+YX
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: [hhPkJf|f
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T)CEcz
{ y)//u:l
IMediaFactory factory = null; D MzDV _
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {7F?30: ]
{ !tuN_
case ("mp3"): b79z<D
factory = new MP3Factory(); XEX-NE"]
break; "gIjU~'A
//其他类型略; vV$6fvS
case ("rm"): w^EUBRI-
factory = new RMFactory(); PR+L6DT_
break; "|,;~k1
//其他类型略; 506AvD
} cXDG(.!n7B
IMedia media = factory.CreateMedia(); XYrZI/R
media.Play(); -a+oQP]O
} +$CO
6+.8nx:9X
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。 5Sh.4A\
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。 -|cB7P
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。 ^J-"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: M[:},?ah0
)O:T\{7+
<appSettings> e0e3b]
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> x2M{=MExE.
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> yN/Uyhq
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> .ng:Z7
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> i_'u:P<t
</appSettings> =5kTzH.
+Rq7m]
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: 6
_n~E e
private void InitMediaType() u^X,ASkQ
{ -.
J@
cbbMediaType.Items.Clear(); ?ISv|QpC
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 6Gj69Lr
{
gI5Fzk@:
cbbMediaType.Item.Add(key); *Q`y'6S
} =N?K)QD`
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; "raC?H
} (
L ]C
{0J
(=\u
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: IzWS6!zKU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p}K\rpvJpu
{ O{&wqV5m"
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); hcrx(oJ5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
2E/yZ ~2s
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; _usi~m
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”,
1k39KO@
factoryDllName).Unwrap(); LQ'VhNU
IMedia media = factory.CreateMedia(); nep-?7x
media.Play(); <pp<%~_Z
} 48W-Tf6v|
;sZHE&+
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。 !<AY0fpY
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: ffibS0aM
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ?]Z EK8c
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!