面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _$_,r H
NA=m<n#
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。 +CN!3(r
一、传统过程化设计思想 wvRwb
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: .iYp9?t
public class MediaPlayer W.BX6
{ ?=G{2E.
private void PlayMp3() 'x6rU"e $J
{ GT,1t=|&V
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y<h6m]H
} >i"WKd=
|3 mcL'
private void PlayWav() VS3lz?o?6g
{ {Z1KU8tp
MessageBox.Show("Play the wav file."); {q! :t0X.Y
} lvx[C7?
HCT+.n6
public void Play(string audioType) u#UtPF7q
{ .uSVZqJ7
switch (audioType.ToLower()) _rg*K
{ ?[;>1+D
case ("mp3"): De2$:?
PlayMp3(); w=FU:q/
break; ^l<!:SS
case ("wav"): k}C4:?AT
PlayWav(); WO6R04+WV
break; qM<CBcON
} m48Ab`
} {YG qa$+\
} p'A43
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 wLzV#8>
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 VTwQD"oB
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! !j%uwje\
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 U/-k'6=M
二、面向对象设计思想
KL./
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! |K" nSXzk
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: DMOP*;Uk
public class MP3 UF$O@l
{ "7eL&
public void Play() 7AlL,&+
{ qh+&Z x~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); EQ.K+d*K][
} P *&Cght>0
} my0iE:
Xzl$Qc
public class WAV Xck`"RU<xA
{ =;(L$:l~
public void Play() ~E/=nv$
{ v#EFklOP
MessageBox.Show("Play the wav file."); I^HwXp([
} $z`l{F4eMf
} xIwILY|W=
A/{!w"G
Public class MediaPlayer \AIFIy
{ /P Tq.
switch (audioType.ToLower()) [N#4H3GM8
{ Km,%p@`m
case ("mp3"): o/ 7[
G
MP3 m = new MP3(); {$#88Qa\-
m.Play(); =K_&@|f+B
break; [] el4.J,
case ("wav"): lF
t^dl^
WAV w = new WAV(); xz,o Mlw
w.Play(); m>RtKCtP
break; `X)A$lLr
} {T-^xwc
} 1 e]D=2y
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 GaV} @Q
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) M|Nh(kvH
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 9kB R /{
public class AudioMedia A!Tm[oqu
{ b
0qA
public void Play() [H{@<*
{ U#&+n-npO
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); jz]}%O
}
(>AQ\
} rNurzag
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 0b['{{X(
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: %~} ,N
public abstract class AudioMedia )+DDIq
{ w!z*?k=Da
public abstract void Play(); IMBjI#\
} R1/c@HQw?
o)>iHzR</
public class MP3:AudioMedia i"xV=.
{ ,FXc_BCx4
public override void Play() 7XLqP
{ rxqSi0p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ve:Oe{Ie{
} 8&nb@l
} 3,K\ZUU.,
Pd-LDs+Ga
public class WAV:AudioMedia `HO]
kJpX
{ ~9xkiu5~
public override void Play() !XM<`H/
{ |>[qC O
MessageBox.Show("Play the wav file."); &]GR*a
} _C(fz CK
} {}rnn$HQe
5Zd oem
public class MediaPlayer FJ4,|x3v[x
{ N/ '
//根据需要完成任务的单向分派 .ZV='i()X
public void Play(AudioMedia media) Srz8sm;
{ sp
MYn&p
media.Play(); q
|FOU
} }+bo?~2E&
} Jm#p!G+
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)。 ck%YEMs
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。 TUz4-Pd
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: M@P%k`6C
public abstract class VideoMedia {Z7ixc523
{ ^y qRa&
public abstract void Play(); #oFyi @U
} YM6
J:89
FRajo~H
public class RM:VideoMedia UCK;?]
{ 0[M2LF!m
public override void Play() |Olz h63k:
{ PTLlLa85<
MessageBox.Show("Play the rm file."); fQ~TZ:UrU
} TnKv)%VF
} UP$>,05z6
F_9
4k
public class MPEG:VideoMedia k52IvB@2
{ %p$XK(6
public override void Play() vd(S&&]o1
{ _p5#`-%mM
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); dP(.l}O
} /d,u"_=l
} <7SE|
I.G[|[. Do
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。 HA,8O[jon
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: iETUBZ
~[dL:=?c
public interface IMedia }A,!|m4
{ M_Q`9
void Play(); ZSW@,Ti
} P+CdqOL
sNcU>qjj6
public abstract class AudioMedia:IMedia p
JT)X8K"
{ /]'&cD 1
public abstract void Play(); od5nRb
} m;\nMdn
jf`w8*R
public abstract class VideoMedia:IMedia rab$[?]
{ FU/:'/ L
public abstract void Play(); 5>+@.hPX
} TfT^.p*
?jUgDwc(w
这样再更改MediaPlayer类的代码: }$ySZa9
public class MediaPlayer .r{t&HO;Y
{ f<iK%
public void Play(IMedia media) )[J!{$&y
{ ~tyqvHC
media.Play(); j6RV{Lkr_
} c0o Z7)*}
} az:}RE3o
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 1 :$#a
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。 )^AZmUYZ
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。 \8!CKnfs
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{U$XHG
{ _pZ
<
IMedia media = null; A[^#8evaK
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |9\i+)C
{ k ,ldi
case ("mp3"): axph]o@ y@
media = new MP3(); s>I]_W)Pt
break; ?d%{-
//其它类型略; =X^a
case ("rm"): _u^3uzu
media = new RM(); |h6!b t!=
break; :wXiz`VH
//其它类型略; #::+# G
} 6H:
fg
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); u"V,/1++\
player.Play(media); >
^zNKgSQ
} B>>_t2IU
NJgu`@YoI
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 WZn;u3,R
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ;Ivv4u
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 %(p9AE
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 *EvW: <
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: )mf|3/o
public interface IMediaFactory =v?P7;T
{ VgIk '.
IMedia CreateMedia(); GiX3c^V"1
} MGMJeqvr
R*2N\2
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: JxwKTFU'3O
public class MP3Factory:IMediaFactory ! J<Xel{
{ fX 1%I
public IMedia CreateMedia() KYw7Jx`l
{ <=GZm}/]N
return new MP3(); Pg:xC9w4
} &z40l['4bz
} 0$c(<+D
//其它工厂略; e
ar:`11z
B !,&{[D
public class RMFactory:IMediaFactory Nv.
{ XP
o#qT8n
public IMedia CreateMedia() poW%F zj
{ H=,>-eVv*
return new RM(); ]r0j
} bAH<h
} tt2
S.j
//其它工厂略; 9ghzK?Yc
X"d"a={]
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。 9/e>%1.
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: c`\/]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) HM0&%
{ WwTl|wgvyI
IMediaFactory factory = null; 4V4S5V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @@K/0:],
{ u9KT_`
)
//音频媒体 '_4apyq|
case ("mp3"): _,60pr3D'
factory = new MP3Factory(); xBc|rqge
break; -O?HfQ
//视频媒体 n/(}|xYU
case ("rm"): N8At N\e
factory = new RMFactory(); IMbF]6%p(
break; 5o 5DG
//其他类型略;
=cS5f#0
} "GZ}+K*GG
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); %V]v,
player.Play(factory.CreateMedia()); h M7 SGEV
} L5 Cfa-
i"iy 0?
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。 Q&{C%j~N
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: t !6sU]{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) R|8L'H+1x
{ #~/9cVm$
IMediaFactory factory = null; (0Br`%!F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .6$=]hdAp
{ Uv>e :U7 ;
case ("mp3"): 1ow,'FztPt
factory = new MP3Factory(); tjRwbnT"
break; X$\CC18
//其他类型略; \
[OB.
case ("rm"): J5Zz*'av'
factory = new RMFactory(); $`7Fk%#+e
break; ysK J=
//其他类型略; DFQ`(1Q
} R[l`# I
IMedia media = factory.CreateMedia(); w (RRu~J
media.Play(); GB}\ 7a
} HAI)+J
}%?or_f/
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。 o96c`a u
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。 de2G"'F
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。 #tHYCSr]
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: &x\)] i2f
'D`lVUB
<appSettings> cq?,v?m
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> &l]F&-
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> qF$y
p>|#
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> QOUyD;0IW
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $$.q6
</appSettings> ,.(:b82$
5lD`qY
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: YHom9&A
private void InitMediaType() K<::M3eQ
{ dF 6od
cbbMediaType.Items.Clear(); ktynIN
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ca3zY|Oo
{ BaI-ve
cbbMediaType.Item.Add(key); oKGF'y?A>
} Ru#pJb(R
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *rw6?u9I
} :TP4f
?FA
$eT[`r
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ./3/3&6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (?'vT%
{ 0iM'),v[]
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); s 7wA3|9
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); HU/4K7e`
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; bXOM=T
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, nM&