面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) pm;g)p?
CV7.hF<
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。 =WP}RZ{S
一、传统过程化设计思想 [c6_6q As
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: }KkH7XksF
public class MediaPlayer F{<rIR
{
})w5`?Y
private void PlayMp3() .~8IW,[
{ &9g#Vq%
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *KV]MdS
} qdu:kA:]
1-gX=8]]
private void PlayWav() C{S6Ri
{ ln!KL'T]
MessageBox.Show("Play the wav file."); }mJ)gK5b 6
} X}bgRzj
DFjkp;`1
public void Play(string audioType) tbk9N( R
{ 8@Km@o]?
switch (audioType.ToLower()) J5rR?[i{
{ )'<zC
case ("mp3"): bm7$D Kp#
PlayMp3(); r*3XM{bZ/@
break; 'XQv> J
case ("wav"): A><%"9pZ
PlayWav(); +Q_Gm3^
break; L_Ai/'
} Ri-wbYFaP
} z?YGE iR/}
} T
+4!g|Y
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。 Ip1QmP
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。 ;NPb
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! 42Ffx?Qmv
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。 {5z?5i ?D
二、面向对象设计思想 9hp0wi@W}
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! pcl_$2_
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: YGn:_9
public class MP3 6ensNr~ea
{ `") I[h
public void Play() 6<~y!\4;F
{ ,zyrBO0 Eq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _bz,G"w+:
} Zd%\x[f9ck
} n<$I, IRE
nMbV{h ,
public class WAV E|Lh$9XONA
{ ,^,J[F
public void Play() aY+>85?g
{ LtvyWc`
MessageBox.Show("Play the wav file."); ) D`_V.,W
} dCyQC A[
} *:_hOOT+[
}w@nZG ^&
Public class MediaPlayer Y\x
Xo?
{ Qqaf\$X
switch (audioType.ToLower()) QtzHr
{ bcE DjLXq
case ("mp3"): ~5#7i_%@E}
MP3 m = new MP3(); gddGl=rm
m.Play(); y@z#Jw<
break; ^b.J z}
case ("wav"): \5l}5<|
WAV w = new WAV(); d16PY_
w.Play(); \ d;Ow8%d/
break; LMDa68 s
} 8+ W^t I
} )G|UB8]
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。 Mt:(w;Y
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ?0<3"2Db~
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。
t|DYz#]
public class AudioMedia >y@w-,1he
{ K&h|r`W(
public void Play() ^YZ#P0 y
{ MG@19R2s
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *]=)mM#
} m
;vNA
} 5f5`7uVJF
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)。 s_8!x
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: 3IxT2@H)
public abstract class AudioMedia ]7O?c=
{ -|kDa1knA
public abstract void Play(); YD%Kd&es
} +Lr0i_al
N!3f1d7RQ
public class MP3:AudioMedia \3/9lE|gh
{ Pg36'aTe%j
public override void Play() lo#,zd~
{ >JMKEHl.q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); S'e2~-p0F
} Ui.F<,E
} ^eRuj)$5A
WveFB%@`;
public class WAV:AudioMedia 1,J.
{ x@ O:
public override void Play() wtKh8^:YD
{ xl^'U/
MessageBox.Show("Play the wav file."); {m?x},
} $} Myj'`r
} Z-?9F`}
3PGyqt(
public class MediaPlayer (!(bysi9
{ F*=RP$sj
//根据需要完成任务的单向分派 B+LNDnjO]
public void Play(AudioMedia media) V_kE"W)
{ sFTIRVXN,
media.Play(); Y(f-e,
} xd 3
} KPhqD5,
(
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)。 SJ-Sac58r
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。 ]lY9[~
v
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: loJ0PY'}=
public abstract class VideoMedia `dZ|}4[1
{ %r"GL
public abstract void Play(); 9vu8koL
} '3Ie0QO]"%
s$_#T
public class RM:VideoMedia K36B9<F
{ g]#Wve
public override void Play() _;{-w%Vf
{ i]z
i[Zo$
MessageBox.Show("Play the rm file."); 8g NEL+
} \YS?}! 0
} a5M>1&j/eC
<GN?J.B
public class MPEG:VideoMedia jlBCu(.,_
{ fLAF/#\2
public override void Play() ULjzhy+(8
{ !Xi>{nV
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); d#Ajb
} ]N_^{k,
} vp@+wh]#
=*Xf(mh c
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。 MjTKM;
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: Hi9z<l=$
9_3M}|V$^e
public interface IMedia &?6w2[}
{ \tx/!tA
void Play(); }nl)*l
} rYQ@"o0/Y
.)w0C%]
public abstract class AudioMedia:IMedia KoJG!Rm
{ r
`dU
(T!
public abstract void Play(); -huZnDN
} =jt_1L4
4#q JX)/
public abstract class VideoMedia:IMedia beE%%C]X
{ K~-XDLh5Nu
public abstract void Play(); ZZ*k3Ce
} [B`P]}gL:
~x:]ch|
这样再更改MediaPlayer类的代码: -;$/<
public class MediaPlayer =1\wZuK#
{ .<%M8rcj
public void Play(IMedia media) ud D[hPJd
{ H@'
@xHv
media.Play(); ;[ueNP%*y|
} I/jr`3Mj
} 4
G[hU4L
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Yur)_m
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。 @/L. BfTz
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。 |$2N$6\SP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) J
*?_SnZ
{ Vz]=J;`Mz
IMedia media = null; C:MGi7f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) x~^I/$
{ 9G+rxyWMW
case ("mp3"): D:tZiS=0
media = new MP3(); ycD.:w p\'
break; YCO:bBmp:
//其它类型略; W2qQKv
case ("rm"): w lg#c6#q
media = new RM(); 22~X~=
break; wtLMc
//其它类型略; mtddLd,
} q)+n2FM
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :OaQq@V
player.Play(media); 1o 78e2B
} :0/o?'s
b]?;R
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 4CT9-2UC
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。 z,YUguc|
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。 S=SncMO nE
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。
hP8&n9o
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: $4JX#lkt
public interface IMediaFactory }tO<_f))
{ PM!t"[@&
IMedia CreateMedia(); $i~`vu*
} y/hvH"f
:~R
Fy?xRa
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: fcXk]W
public class MP3Factory:IMediaFactory @|%ICG c
{ eh4"_t
public IMedia CreateMedia() S@NhEc
{ 3MJWC o-[
return new MP3(); 9= $,] M
} O \8G~V
5"
} Ia:puks=
//其它工厂略; mIEaWE;E"
9R"N#w.U]
public class RMFactory:IMediaFactory ik0Q^^1?Y
{ n4T2'e
public IMedia CreateMedia() p+UHJ&
{ <JM%Kn )
return new RM(); ^Jl!WH=20}
} 4 ~YQ\4h=
} Prz+kPP
//其它工厂略; :k(t/*Nl3
E/$@ud|l"
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。 )h_7 2
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: _|wY[YJ[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x~Ly$A2p
{ Z)T@`B6
IMediaFactory factory = null; 1"B9Z6jf
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @ZR4%A"X4
{ UH&1c8y}
//音频媒体 rRrW
case ("mp3"): mW0&uSMD
factory = new MP3Factory(); ieRBD6_
break; ;}jbdS3
//视频媒体 tSc>@Q_|
case ("rm"): r9a!,^}F
factory = new RMFactory(); &t|V:_?/x
break; AYu'ptDNr
//其他类型略; !2U7gVt"*
} Mth`s{sATa
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @j2*.ee
player.Play(factory.CreateMedia()); HT=Am
} Yn]yd1
P|P fG=
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。 Iki+5
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: ) a\DS yr
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #0<y0uJ(y
{ _.*4Y
IMediaFactory factory = null; :Z]hI+7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~7 L)n
{ bo !]
case ("mp3"): ~eOj:H
factory = new MP3Factory(); fQTA@WAr
break; 1o~U+s_r
//其他类型略; LO} :Ub
case ("rm"): '[yqi1
&
factory = new RMFactory(); mImbS)V
break; +6M+hO]
//其他类型略; =
EChH@3
} %OTA5
IMedia media = factory.CreateMedia(); 'Kzr-)JS
media.Play(); U[e8K
}
1C,C)
.6 ?>t!&W
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。 } .H Fm'p
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。 &J/4J
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。 3auJ^B}
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: NuS|X
{}J@+Zsi
<appSettings> Kg TGxCH
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> kl3S~gE4@
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> )\D40,p
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> e]*=sp!T
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> _QMHPRELk
</appSettings> <,4R2'
vXM/nw|5
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: fov=Yd!
private void InitMediaType() +x9"#0|k;
{ Q#ZD&RZ9.
cbbMediaType.Items.Clear(); yK%GsCJd:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) a[74%L?
{ H, XLb.
cbbMediaType.Item.Add(key); q'Pz3/mk
} Ux)p%-
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; q4.dLU,1
} 'f?&EsIV?
l@Eq|y,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Q(;B)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OBw`!G*w
{ _[{:!?-?
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); VmOFX:j!,
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); bDFCZH-:'O
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; PZ!dn%4jy
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, <`p75B
factoryDllName).Unwrap(); APtselC
IMedia media = factory.CreateMedia(); 7tfivIj)e
media.Play(); ueE?"Hk
} _D2bGZN
Y7:Y{7E7
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。 [6_Du6\h
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: -Nlf~X
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Dd5xXs+c
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!