面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) K`eCDvlH
-:^U_FL8un
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。 n)/z0n!\
一、传统过程化设计思想 ZmqKQO
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: wVXS%4|v
public class MediaPlayer &<g|gsG`
{ Jumgb
private void PlayMp3() uh_RGM&
{ *tFHM &a
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `cn#B
BV
} a~`eQ_ND
k8yEdi`
private void PlayWav() Eh`7X=Z7E
{ Ufj`euY
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,^r9n[M4M
} .~db4d]
KM0ru
public void Play(string audioType) L<S9
{ qArM|\l1
switch (audioType.ToLower()) *U- 4Sy
{ ~Gp[_ %K
case ("mp3"): .<?GS{6
N
PlayMp3(); CT@ jZtg0
break; 8,Z_{R#|
case ("wav"): ;a!S!%.h
PlayWav(); Rh2+=N<X
break; M7\szv\Zc=
} fm%t^)E
} A|[?#S((]
} @u+]aI!`-
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。 eeg)N1\
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。 r r %V.r;2
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! G>_*djUf
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。 ]#<4vl\
二、面向对象设计思想 ]EbM9Fo-U
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! K g*Q
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: eIF5ZPSZi
public class MP3 ?,Xw[pR
{ ;O5zUl-`
public void Play() y1 DL,%j
{ B
IEO,W|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); + 480 l}
} , pfG
} %Xg4b6<9
F;EwQjTF
public class WAV P:S .~Jq
{ \w>y`\6mX
public void Play() hFUlNJ
{ Q} JOU
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2W(s(-hD
} I|!OY`ko
} X05/uX{
:G=fl)!fE
Public class MediaPlayer Ny7 S
{ y7 cl_ rK
switch (audioType.ToLower()) /<k/7TF`
{ (/YHk`v2
case ("mp3"): 0o4XUW
MP3 m = new MP3(); ]m q|w
m.Play(); $Wol?)z
break; 7+cO_3AB
case ("wav"): C&f=
ywi0
WAV w = new WAV(); l30EKoul)
w.Play(); Wi<m{.%\E
break; @{e}4s?7od
} tjS@meT
} GA)`-*.R
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 C=xa5Y
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) P; no?
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ,Vax&n+J
public class AudioMedia }#+^{P3 ;
{ Po0A#Z l
public void Play() kazzVK5x
{ 0> E r=,e
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); rXq.DvQ
} c#]4awHU
} 3`?7<YJ
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 T<>,lQs(a
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: E=Bf1/c\
public abstract class AudioMedia Oszj$C(jF
{ :,7hWs
public abstract void Play(); ttQGoUkj
} {fM'6;ak
~=LE0. 3[
public class MP3:AudioMedia VGN5<?PrN
{ >6-`}G+|
public override void Play() `RW HN/U
{ Uc>lGo1j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Z\rwO>3
} 4"ZP 'I;
} YP<ms
G!##X: 6'
public class WAV:AudioMedia 6|=f$a
{ MjRHA^b
public override void Play() $HzBD.CF|x
{ =XQ%t
@z0
MessageBox.Show("Play the wav file."); RP|`HkP-2
} ?z+eWL
} {YC@T(
]/6z;
~3U
public class MediaPlayer Ix}sK"}[n
{ e`s
~.ZF
//根据需要完成任务的单向分派 >R_&Ouh:
public void Play(AudioMedia media) G_JA-@i%
{ 372rbY
media.Play(); . Efk*
} (WJRi:NP?
} Jpq~
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)。 w2c?.x
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。 $I>w]
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: NxY#NaE:?4
public abstract class VideoMedia ^76]0`gS
{ re<{
>
public abstract void Play(); ="H%6S4'
} wlvgg
@HC Vmg:
public class RM:VideoMedia ajT*/L!0_
{ .P]+? %&
public override void Play() @mBQ?;qlK
{ Y=KT eYW`
MessageBox.Show("Play the rm file."); D_7,m%Z:
} T-L||yE,h
} vr l-$ii
sP~<*U.7
public class MPEG:VideoMedia j$:~Rek
{ 00y!K
m_D
public override void Play() uzPVTo|=
{ q`-N7 ,$T
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); xo&_bMO
} ^
@5QP$.
} V!=,0zy~Z
3d]S!=4H"
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 J8(lIk:e
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: &z3o7rif$
0d&6lqTo
public interface IMedia NI]N4[8(
{ SfyQ$$Z
void Play(); Y.UFbrv
} Vb_4f"
,4$>,@WW~
public abstract class AudioMedia:IMedia 0OE:[pR
{ x9g#<2w8
public abstract void Play(); p6@)-2^
} n\DV3rXI9
t:Q*gWRh
public abstract class VideoMedia:IMedia Lq^)R
{ %$L{R
public abstract void Play(); +6\Zj)
} n\53w h@+
7$=InK
这样再更改MediaPlayer类的代码: 2ilQXy
public class MediaPlayer vE?G7%,
{ aFYIM`?(
public void Play(IMedia media) oc`H}Wvn
{ F41=b4/
media.Play(); n>YKa)|W`
} ,"ZMRq
} ?a5! H*,
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 T5h
H
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 4[eXe$
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。 zF<R'XP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @9s$4DS
{ 5;EvNu
IMedia media = null; L4HI0Mx
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /4Gt{ygSr
{ *]X'( /b_
case ("mp3"): lo+A%\1
media = new MP3(); :F?C)F
break; 4B.*g-L
//其它类型略; vs4>T^8e
case ("rm"): ga +dt
media = new RM(); y)@wjH{6
break; i_%_ x*
//其它类型略; !|(NgzDP/
} N6:`/f+A>T
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1+s;FJ2}
player.Play(media); g-
gV2$I
} K"MX!
y6a3tG
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 0 H:X3y+
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。 (9a^$C*
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 4Nsp<Kn>
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 g7H(PF?
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 1qA;/-Zr<o
public interface IMediaFactory {IjR^J=k
{ ]/v[8dS(l
IMedia CreateMedia(); })%{AfDRF
} JZx[W&]zT
AwR=]W;j
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 5H^(2w
public class MP3Factory:IMediaFactory o]V^};B
{ F^:3?JA_
public IMedia CreateMedia() t6c4+D'{].
{ 59u}W 0
return new MP3(); l/5
hp.
} [/r(__.
} `a/`,N
//其它工厂略; _[BP0\dPW
hZb_P\1X
public class RMFactory:IMediaFactory E1
2uZ$X
{ :2`e(+Uz
public IMedia CreateMedia() ,P0) 6>
{ 8s@3hXD&
return new RM(); >t+P(*u
} jH:[2N?
} f o3}W^0
//其它工厂略; ;uGv:$([g
F+qm[Bc8
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。 flx(HJK
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: $`8wJf9@w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]SEZaT
{ sI2^Qp@O1
IMediaFactory factory = null; h(DTa
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) QT}tvm@PMq
{ <P<z N~i9j
//音频媒体 5^ Zg>I
case ("mp3"): ~W/z96'
5
factory = new MP3Factory(); V7/Rby Q
break; h";L
//视频媒体 gX@aG9
case ("rm"): DlJo^|5
factory = new RMFactory(); *T1_;4i
break; {!`6zBsP
//其他类型略; #vlgwA
} Y]a@j!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); %C]>9."
player.Play(factory.CreateMedia()); Fr-SvsNFB
} dO\"?aiD
p#tI;"\y
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ]4e;RV-B
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: zt%Mx>V@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) z$sGv19pB
{ cMIEtK`
IMediaFactory factory = null; DmcZta8n]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8P`"M#fI
{ kx^/*~ex
case ("mp3"): K=&>t6s<
factory = new MP3Factory(); *qq+jsA6wH
break; XWw804ir
//其他类型略; rm_Nn8p,
case ("rm"): D%Z|
factory = new RMFactory(); dh\P4
break; =(^3}x
//其他类型略; j<$2hiI/?&
} l,).p
IMedia media = factory.CreateMedia(); HaYo!.(Fv
media.Play(); ;*J
} !R$`+wZ62
\)e'`29;
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。 6LhTBV
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。 7:@'B|
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。 AXB7oV,xt
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: Ys7]B9/1O
y{Q
{'De
<appSettings> ;{6~Bq9
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> < %Y}R\s?
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ,x $,l
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ^zr`;cJ+c
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> i30!}}N8
</appSettings> pCG}ZKa
wC*X4 '
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: i/.6>4tE:
private void InitMediaType() UF|p';oom
{ m {}Lm)M
cbbMediaType.Items.Clear(); 9BB=YnKE
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) HOi`$vX}N
{ - YBY[%jF>
cbbMediaType.Item.Add(key); E-FUlOG&
} 1;iUWU1@
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ry]l.@o;
} {8etv:y
HZOMlOZ
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: +T+#q@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \. S/|
{ Rb;'O89Hj@
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); F"kAkX>3}
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); zm# ?W
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 3g
B7g'U
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, N>E_%]C h
factoryDllName).Unwrap(); D+c>F5
IMedia media = factory.CreateMedia(); x1<|hTPk
media.Play(); A}^mdw9
} {{1G`;|v9
=MWHJ'3-/
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。 3c%caK
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: fV~~J2IK
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 E`J@hl$N
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!