面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) H1L)9oa
>)G[ww[
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。 VBS}2>p
一、传统过程化设计思想 "A&A?%
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: 5S_fvW;
public class MediaPlayer ]$ Nhy8-
{ w!v^6[!
private void PlayMp3() NZa 7[}H
{ `(`-S
md
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); JbJ!,86
} Kf}*Ij
43-Bx`6\
private void PlayWav() Bg[yn<)
]
{ $Dx*[.M3>
MessageBox.Show("Play the wav file."); zi_$roq=)
} ARt{ 2|
!8T04988j
public void Play(string audioType) B|yz~wuS
{ v\MQ?VC
switch (audioType.ToLower()) UKV<Ye|
{ mqHH1}
case ("mp3"): ^Y;,cLXJ
PlayMp3(); _b>{:H&\
break; _-TW-{7bh
case ("wav"): Z2`M8xEiH
PlayWav(); YVvE>1z
break; Yy 0" G
} uDkX{<_Xe
} =+Odu
} oNw=O>v
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。 Lu:*nJ%1[
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。 .0RQbc9
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! W)J5[p?
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。 P0(LdZH6u
二、面向对象设计思想 @1&"S7@}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! tU2#Z=a
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: 'J-a2oiM(
public class MP3 m;hp1VO)
{ &+A78I
public void Play() ks6iy}f7
{ tKcC{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ZzTkEz >
} tP*GYWI48
} <2%9O;bV[
F[%k;aJ
public class WAV D29Lu(f
{ `''y,{Fs
public void Play() "4Q_F3?_`
{ UcD<vg"p
MessageBox.Show("Play the wav file."); QdcuV\B}
} &4} =@'G@
} 8!!h6dQgI
42tZBz&
Public class MediaPlayer ?PTXgIC
{ ILl~f\xG)
switch (audioType.ToLower()) S ~h*U2
{ nK+ke)'Zv=
case ("mp3"): ,ayJgAD
MP3 m = new MP3(); $N}t)iA
m.Play();
~/)]`w
break; 3h>L0
case ("wav"): H~vrCi~t"
WAV w = new WAV(); +
jeOZ
w.Play(); 4%8den,|
break; ?E+f<jol
} rO.[/#p\
} ]Q0bL
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 %xG<hNw/
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 4vN:Kj
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 U9^1A*
public class AudioMedia @R%qP>_
{ IQtQf_"e1
public void Play() kh=<M{-t
{ p4k}B. f
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); X=abaKl
} Cd=$XJ-b
} 7}~w9jK"F
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.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: yhbU;qEG9
public abstract class AudioMedia N\Lu+ x5
{ PX/{!_mM
public abstract void Play(); |te=DCO
} 6("bdx;!
3<M yb
public class MP3:AudioMedia x*'H@!!G
{ Pp8G2|bz
public override void Play() U?{oxy_[ 2
{ v6=%KXSF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); o8<~zeI
} KN657 |f
} un~`|
l5VRdZ4Uf
public class WAV:AudioMedia Q8h0.(#-
{ =. \hCgq
public override void Play() &k_*Y-l7]
{ umq6X8K
MessageBox.Show("Play the wav file."); T*0;3&sA
} f
-F}~S
} 0(f+a_2^Q
DW9MX`!Xc
public class MediaPlayer ,vf#e=Z
{ 'm6bfS^T
//根据需要完成任务的单向分派 zT6nC5E
public void Play(AudioMedia media) C,eP!_O
{ nr
-< mQ
media.Play(); !DSm[Z1
} TB.>?*<n]
} - QY<o|
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)。 snfFRc(RE
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。 B'(zhjV
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: =JfwHFHd#
public abstract class VideoMedia 9oGcbD4*
{ sK+uwt
public abstract void Play(); 9U.Ctx:F
} ~BuBma_
2AhfQ%Y=
public class RM:VideoMedia $6*Yh-"g
{ "p;tj74O9
public override void Play() jxkQ #Y
{ &uO-h
MessageBox.Show("Play the rm file."); h~9P34m
} 9m2FH~
} w*/@|r39
5j ]!r
public class MPEG:VideoMedia cf,6";8
{ `4xQ#K.-
public override void Play() YU[#4f~
{ 0wVM%Dng
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ^Ld5<
} #9[>
} gM;m{gXYK
/"k [T
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。 \ZV>5N3hS
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: $3p 48`.\
9^n0<(99b
public interface IMedia ]*k ~jY,
{ F>#F@j^c
void Play(); I9+h-t
} 80Fa i
\yw5`5g
public abstract class AudioMedia:IMedia zw+wq+2"
{ Hqs-q4G$
public abstract void Play(); gAztdAsLM
} P,)D0i
q|]CA
public abstract class VideoMedia:IMedia _wb]tE ~g
{ l#^?sbG
public abstract void Play(); %regt{
} F4T!&E%6
N]/cBGy
这样再更改MediaPlayer类的代码: Km=
Y^x0
public class MediaPlayer srN7
{ 8g_kZ^<[
public void Play(IMedia media) g.`Ntsi$wI
{ sBI/`dGZV
media.Play(); qQDe'f~
} y_n4Y[4g
} svEe@Kt`
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?32~%?m
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 Myg;2 .
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 g7hI9(8+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) d{NMG)`x\
{ S
WTZ6(!oW
IMedia media = null; %SIll
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?K2EK'-q
{ t~K[`=G\ex
case ("mp3"): 5ta;C G
media = new MP3(); 0F- +)S?M[
break; Uq'W<.v5
//其它类型略; S{e3aqT#N
case ("rm"): 9<3}zwJ
media = new RM(); dg#Pb@7a
break; C|Gk}
//其它类型略; VV$#<D<)
} j?o6>j
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W>+`e]z
player.Play(media); :PN%'~}n
} Q~wS2f`)
J`[jub
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
wI
7gHp
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。 #P}n+w_@
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。 w$iPFZC'
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 tF/Ni*\^rV
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: # =y)Wuo=
public interface IMediaFactory ESoC7d&.K{
{ 'Y
,2CN
IMedia CreateMedia(); x5PM]~"p
} s92ol0`
9Ca0Tu
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: @UdF6:T
public class MP3Factory:IMediaFactory tpA-IL?KQw
{ ~Y~M}4
public IMedia CreateMedia() aizws[C
{ }[!=O+gO
return new MP3(); 0%&}w UjV
} )XSHKPTQ1
} (c}!gjm
//其它工厂略; yLCMu | +
X0j> g^b8
public class RMFactory:IMediaFactory W(ryL_#;
{ ,jz~Np_2
public IMedia CreateMedia() ~V ?z!3r-)
{ ]CcRI|g}
return new RM(); _\k?uUo&,^
} ;!
?l8R
} 1@LUxU#Uu$
//其它工厂略; J"E _i]
^.@%n1I"5y
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。 MRo_An+
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: j`@`M*)GB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q!U$\Q&
{ .UX4p
=
IMediaFactory factory = null; kUGFg{"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) GL9'dL|
{ tXrKC
//音频媒体 oKz!Xu%Hl
case ("mp3"): ,']CqhL6=R
factory = new MP3Factory(); NA0Z~Ug>
break; DEkv,e
//视频媒体 havmhS)O
case ("rm"): =w!9:I&a0
factory = new RMFactory(); SnUR?k1
break; eF7I5k4
//其他类型略; 7y30TU
} 5/U{b5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 7>r[.g
player.Play(factory.CreateMedia()); |"Zf0G
} ^K J#dT
9:xs)t- _
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。 z8kebS&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: V,& OO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e#}Fm;|d
{ -\%5aXr
IMediaFactory factory = null; (4q/LuP^d
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j$6Q]5KdoS
{ ,2FI?}+R
case ("mp3"): i E;F=Rb
factory = new MP3Factory(); oVp/EQ
break; rzie_)a Y%
//其他类型略; 2)$-L'YS
case ("rm"): jFKp~`/#
factory = new RMFactory(); (#85<|z
break; 6Xo "?f
//其他类型略; o>+ mw| {
} FY)]yz
IMedia media = factory.CreateMedia(); g<^A(zM
media.Play(); |Axbx?
} ~bzac2Rp
P =Q+VIP&
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。 RiQg]3oY
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。 BaP'y8dVN
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。 tG9C(D`G
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: &F7_0iAP(
=)jo}MB
<appSettings> d+]= l+&
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> QH7 GEj]
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> I} Q+{/?/
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> \AoqOC2u
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> )J+OyR=
</appSettings> &'Nzw2
T]/> c
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: #k d9}
private void InitMediaType() :nl,Ac
{ sEfT#$ a^8
cbbMediaType.Items.Clear(); Zi\ex\ )5
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >y#qn9rV1
{ csJ)Pt?d
cbbMediaType.Item.Add(key); ~W4SFp
} :?ZrD,D
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; I!kR:Z
} RZnmia
]D,_<Kk
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: u+6D|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KC:6^h'.
{ sHPeAa22
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); d>MDC
.
j
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); tV pXA'"!x
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; X+u1p?
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, a\,V>}e
factoryDllName).Unwrap(); NZ8X@|N
IMedia media = factory.CreateMedia(); L"S2+F)n
media.Play(); B2LXF3#/
} y|0/;SjV
Q3bU"f
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。 WL,2<[)Ew
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: c8Q2H
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ]b1>bv%
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!