面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) i~,k2*o
^Y&Cm.w
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。 ^d"J2n,7L
一、传统过程化设计思想 oaKf{$vg
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: V":BAn
public class MediaPlayer S ~_%
{ 70NHU;&N
private void PlayMp3() k`t'P6
bU
{ Ao\Vh\rQkq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8x{vgx @M
} wv7jh~x(4
cC[n~OV
private void PlayWav() k@~-|\ooG
{ B -KOf
MessageBox.Show("Play the wav file."); -{wuF0f
} T/K.'92S
$i1A470C
public void Play(string audioType) \(CW?9)
{ }.'%gJrS
switch (audioType.ToLower()) miKi$jC}vq
{ AWi87q
case ("mp3"): R',w~1RV'
PlayMp3(); zbR.Lb
break; "tark'
case ("wav"): 4Rm3'Ch
PlayWav(); W>~%6K>p
break; 7L]?)2=
} Gh
pd
k;
} `SW
" RLS3
} 2mO#vTX4
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 c>R(Fs|6
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 (w-u"1&
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! VB#31T#q?
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 g5Vr2
二、面向对象设计思想 2%8Y-o?
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 3oKGeB;Ja
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: [0LqZ<\5
public class MP3 %(Ys-GeGr
{ nsp K.*?
public void Play() 8.^U6xA
{ ;?!rpj
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &>jkfG
} >(rB[ZJ
} ^;3rdBprm
CJOl|"UyJ
public class WAV ]aRD6F:L
{ qWpC e*C
public void Play() ;40m goN
{ <f6PULm
MessageBox.Show("Play the wav file."); J){\h-4
} ZX;k*OrW
} }^ <zVdwp
O}-7 V5
Public class MediaPlayer 2P
?Iu&
{ Sg$\ab $
switch (audioType.ToLower()) T/;hIX:R
{ AL7O -D
case ("mp3"): EM*OrUe
MP3 m = new MP3(); LPn}QzH
m.Play(); #<PdZl R
break; 5Nb_K`Vp*
case ("wav"): ehusI-q
WAV w = new WAV(); 5)7mjyo%
w.Play(); /vDF<HVzm
break; S7/v,E
} \,!q[nC
} fti|3c
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。 1^#Q/J,
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) t"p#iia
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。 ]M(f^
public class AudioMedia 9u @h`
{ FBAC9}V"
public void Play() } XU:DE
{ 1$VI\}
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); E@6r{uZ#
} x2sOEkcQ
} &U*J{OP|
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)。 !O6Is'%B
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: P i!r}m
public abstract class AudioMedia )hW {>Y3x
{ }.) 43(>]
public abstract void Play(); 4_I{Q^f
} d`<^+p)oy
$ F7gH
public class MP3:AudioMedia YiuOu(X
{ pf@}4PN}
public override void Play() *.c9$`s
{ (I
ds<n"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K=?F3tX^
} ]C6[`WF
} idS
RWa
QeJ.o.m{
public class WAV:AudioMedia _1> 4Q%
{ }!]x|zU.=
public override void Play() yO;C3q
{ ENWB|@B
MessageBox.Show("Play the wav file."); wV&f|JO0+
} doO
Ap9%
} <lmJa#
So*Wk "
public class MediaPlayer @1&;R
{ Fg\| e%
//根据需要完成任务的单向分派 \e8*vos
public void Play(AudioMedia media) nYy}''l<
{ KbdfSF$
media.Play(); *-AAQ
} ~1r*/@M[V
} [F)/mN
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)。 62l0
Z-
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。 `6N-MsP
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: Y+u-J4bj
public abstract class VideoMedia UxcDDa/j2T
{ {dA
~#fW<
public abstract void Play(); B H0#Q5
} LL[#b2CKa
EY&C[=
public class RM:VideoMedia tP
Efz+1N
{ hJo^Wo
public override void Play() VUC <0WV
{ Ipz
1+
#s'
MessageBox.Show("Play the rm file."); d6@jEa-
} c`i=(D<
} oUvk2]H
<%>n@A
public class MPEG:VideoMedia 7{^4 x#NO
{ aMvK8C%7
public override void Play() Dyk[ug5
{ y^QYlZO
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 7vpN6YP
} k g,ys4
} hHc^ZA
RQpIBsj
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。 2WPF{y%/
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: i$JG^6,O
a][pTC\ rb
public interface IMedia W-!Bl&jF[
{ ;*-@OLT_K
void Play(); 45)ogg2
}
Ku/H=
: \:~y9X0
public abstract class AudioMedia:IMedia Wz-3?EQ
{ s"=F^#
public abstract void Play(); B221}t
} |)?aH2IL
KZ!N{.Jk
public abstract class VideoMedia:IMedia ik Y]8BCc
{ iRUR4Zs
public abstract void Play(); C~KWH@
} 6A$_&?
" _:iK]
这样再更改MediaPlayer类的代码: y*}vG}e%
public class MediaPlayer XewXTd#x
{ s("Cn/ZkS
public void Play(IMedia media) ;5D@kS^
{ 5X `w&(]m
media.Play(); +f
X}O9
} H-_^TB
} GSGyF
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 I mPu}
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。 qIDWl{b<
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。 hY.e [+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jSie&V@ px
{ ^Y{6;FJ
IMedia media = null; aYaG]&hb
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) w>6"Sc7oc2
{ pHj[O?F
case ("mp3"): nIyROhZ
media = new MP3(); lrs0^@.+
break; ;]gsJ9FK<
//其它类型略; }fJ:wku
case ("rm"): rnn2u+OG
media = new RM(); {d 1N&
break; QiTR-M2C!
//其它类型略; abROFI5.L
} $u; >hk
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); R3B5-^s
player.Play(media); q GpP,
} 9h:jFhsA9
lh,ylh
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nDHHYp
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 H.YIv50E
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 4|>
rwQ~t
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 p^KlH=1n.6
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Rwc[:6;fn
public interface IMediaFactory I&TTr7
{ JrCf,?L^
IMedia CreateMedia(); yu`KzIU
} gp~yt0AU
v8=?HUDd
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: {{V;:+62
public class MP3Factory:IMediaFactory T-a&e9B
{ ^))PCn_zb
public IMedia CreateMedia() u}K5/hC
{ 35Ai;mU'
return new MP3(); je&dioZ>
} I~\O
} /d0Q>v.g
//其它工厂略; f >mhFy
IL~]m?'V(
public class RMFactory:IMediaFactory P0%N
Q1bn
{ n-b>m7O(
public IMedia CreateMedia() k{gl^
{ 7?6xPKQ)H
return new RM(); e[x?6He,$
} ?,ZELpg n
} 0+T*$=?
//其它工厂略; ZYE' C
\%sPNw=e
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。 &Ki>h
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: m b%C}8D
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) W(;x\Nc7
{ $|4cJ#;^L
IMediaFactory factory = null; !oZQ2z~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]3n , AHA
{ c3=-Mq9Q
//音频媒体 ,>D ja59
case ("mp3"): 8[8|*8xqs
factory = new MP3Factory(); oN *SRaAp
break; kQ@gO[hS
//视频媒体 UZzNVIXA%
case ("rm"): ]i-P-9PA4
factory = new RMFactory();
^I]LoG:
break; P@qMJ}<j
//其他类型略; 7~_{.f
} Yo >`h2C4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); x&at^Fp
player.Play(factory.CreateMedia()); CQ@LmTW[
} $Mdbto~ <
LtC~)R
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 R<"2%oY
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: &Fw[YGJayz
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `TUZZz
{ 'S =sj}X
IMediaFactory factory = null; hHcJN
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <f%ujrX
{
+"jl(5Q
case ("mp3"): ;avQ1T'{?g
factory = new MP3Factory(); 3\;v5D:
break; d)N^PJ/
//其他类型略; ZB-QABn
case ("rm"): Fj
S%n$
factory = new RMFactory(); ,mB Z`X@N
break; =v.{JV#
//其他类型略; he"L*p*H
} DhZ:#mM{
IMedia media = factory.CreateMedia(); e"]"F{Q
media.Play(); Eu|sWdmf
l
} Yl$X3wi
m;dm|4L^
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。 *D2Nm9sl
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。 $30oc
Tt{
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。 W7t
>&3l
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: |~z3U>
Odm#wL~E
<appSettings> IE2CRBfs
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 1j11|~
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> VM7 !0
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $H'8
#:[d_
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ^7.XGWQ)-
</appSettings> 1n_;kaY
AIb>pL{
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: tE@FvZC'=
private void InitMediaType() l';pP^.q
{ <j;]!qFR
cbbMediaType.Items.Clear(); ',GV6kt_k
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) o7.e'1@
{ $*k)|4
cbbMediaType.Item.Add(key); ^o YPyk`9
} N#4N?BBP"
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; wzd`l?o,
} ndw7v
;+sl7qlA4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: xOythvO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t-WjL@$F/
{ tR1FO%nC
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); wxE?3%.j\
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); {(4# )K2g%
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Wbe0ZnM]
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, e&0K;yU
factoryDllName).Unwrap(); ygN>"eP
IMedia media = factory.CreateMedia(); pV7N byb4
media.Play(); {Bh("wg$Lk
} Ea-bC:>
4jQ'+ 2it
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。 b^x07lO
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: Y&K <{\vE
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 <?YA,"~
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!