面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Co19^g*
As (C8C<
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。 GD'C^\EaZ
一、传统过程化设计思想 .VmI4V?}h
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: Q[p0bD:
public class MediaPlayer Md
{,@ G
{ ?4Z0)%6
private void PlayMp3() (`18W1f5W
{ ('uYA&9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); fwAN9zs
} C)z[Blt
&u"*vG (U[
private void PlayWav() vO{ijHKE
{ Ytx+7OLe
MessageBox.Show("Play the wav file."); VJCh5t*
} BPrA*u}T
6EK+] 0
public void Play(string audioType) ja7Zv[
{ %TG$5')0
switch (audioType.ToLower()) q 'hV 'U
{ =pcj{B{qa
case ("mp3"): >Fld7;L?<
PlayMp3(); Mn~A;=%qF
break; !nj%n
case ("wav"): 0v0Y(
Mo@
PlayWav(); vEzzdDwi6
break; 2c%}p0<;|?
} ,0 &lag
} XU9=@y+|v
} \Zf&&7v
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 hCT%1R}rKr
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 #4//2N
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! -t6d`p;dR
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 /"CKVQ
二、面向对象设计思想 4Ro(r
sO
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! BQS9q'u_
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: .4!N#'
public class MP3 F` I-G~e
{ r$v?[x>+K
public void Play() $xu?zd"
{ ;wQWt_OtuJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); % C
3jxt
} P1)
80<t
} N@MeaO
GPR`=]n& &
public class WAV 3^Yk?kFE
{ \;7DS:d@
public void Play() FOk @W&
{ NxXVW
MessageBox.Show("Play the wav file."); 50DPzn
} NNl/'ge<\
} M@'V4oUz
(C-z8R
Z6
Public class MediaPlayer WQ5sC[&
{ &YT7>z,
switch (audioType.ToLower()) Bd
NuhV`0
{ '-i
tn
case ("mp3"): =|U2 }U;
MP3 m = new MP3(); p fBO5Ys
m.Play(); _kY5
6
break; P/I{q s
case ("wav"): ^CK)q2K>[
WAV w = new WAV(); @eTsS%f2
w.Play(); Ar<OP'C
break; (J$A
} K<]fElh-
} ]R4)FH|><
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。 HJJ^pk&
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) xu:m~8%
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。 g
Go
public class AudioMedia rp'fli?0e
{ 4{vd6T}V!
public void Play() \PLV]%3,
{ <;6])
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); b<F 4_WF
} bf74 "
} :T\WYKX3C
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)。 *}_/:\v
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: 9iF e^^<ss
public abstract class AudioMedia __ mtZ{
{ (j~V
public abstract void Play(); 9#iDrZW
} 5dgBSL$A}]
4]B3C\
v
public class MP3:AudioMedia ^mum5j
{ ]Qu12Wg}P
public override void Play() *2AQ'%U~
{ /B!m|)h5~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); y:A0!75
} fiZv+R<x1
} okcl-q
=wj~6:Bf
public class WAV:AudioMedia FvJSJ.;E,
{ GBphab|
public override void Play() q9
;\B&
{ DO\EB6xH>%
MessageBox.Show("Play the wav file."); t~M<j|]k
} v)d0MxSC
} <=inogf
o 4b{>x
public class MediaPlayer DrEtnt
{ r{Q< a
//根据需要完成任务的单向分派 V^{!d}
public void Play(AudioMedia media) xI<dBg|]+
{ OV/FQH;V
media.Play(); AY;+Ws
} *_QHtZG
} Yy)a,clZ*$
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)。 DXz8C -
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。 ^d9raYE`'
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: :'dc=C
public abstract class VideoMedia 8e@JvAaa$
{ \!QF9dP4
public abstract void Play(); :b;1P@W<
} 5 WppV3;
%~5Q^3$O
public class RM:VideoMedia na3kHx@
{ \z`d}\3(R
public override void Play() b(q&}60
{ SU'1#$69F
MessageBox.Show("Play the rm file."); m[{&xF|_
} DP_Pqn8p&M
} iFCH$!
(<C%5xk
public class MPEG:VideoMedia 6h_ k`z
{ |<|,RI?
public override void Play() 0:Y`#0qK
{ <u?hdwW\
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); \.1b\\
} Gr@{p"./z
} c2\vG
)Zf}V0!?+
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。 N#)VD\m
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: G`#gV"PlC
4_%FSW8-
public interface IMedia L[G\+
{ 5SL>q`t.bd
void Play(); pInWKj[y1
} wmr%h q
b2=Q~=Wc
public abstract class AudioMedia:IMedia +Jka :]MW!
{ ')<FLCFwT
public abstract void Play(); lq8ko@
} /eRtj:9M
C)96/k
public abstract class VideoMedia:IMedia i>Bi&azx
{ 6&QTVdK'O
public abstract void Play(); _
1{5~
} 0bxvM
;v+uv f
这样再更改MediaPlayer类的代码: `O=;E`ep
public class MediaPlayer z#J/*712
{ WQLL[{mhS
public void Play(IMedia media) TJ[jZuT:
{ gZEA;N:H%<
media.Play(); DVoV:pk
} q&$0i
} 3d'ikkXK
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 y [9}[NMZ
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。 A%*DQ1N
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。 R,w54},
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }Q=se[((
{ Zc3:9
IMedia media = null; 5652'p
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,q@(L
{ &/hr-5k
case ("mp3"): #oroY.o
media = new MP3(); !bV(VRbu
break; khN:+V|
//其它类型略; u4#~
i0@
case ("rm"): d)GkXll1D
media = new RM(); @oqi@&L'C
break; /-K dCp~
//其它类型略; !+45=d 5
} YNJpQAuSn)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); YTjuSV
player.Play(media); CAFE}|
} 7YXXkdgbd
'oiD#\t4
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 k *;{n8o?)
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。 Sp~Gv>uMK
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。 FX|lhwmc(
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。 KpbZnW}g
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: =7]Q6h@X
public interface IMediaFactory aBVEk2 p
{ 3@ F+ E\k
IMedia CreateMedia(); .xz,pn}
} +z jzO]8
>_0 i=.\
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: M`C~6Mf+
public class MP3Factory:IMediaFactory #:vDBP05.m
{ qgC-@I
public IMedia CreateMedia() 4=F]`Lql
{ `\|3
~_v
return new MP3(); _/]:=_bf_z
} @Uj_+c
q
} t1:S!@
//其它工厂略; 8/>wgY
3^A/`8R7K
public class RMFactory:IMediaFactory ,F?~'-K
{ i9@;,4f
public IMedia CreateMedia() b ?2X>QJ
{ ;+ Co!L
return new RM(); ^0-e,d
9h
} sPE)m_u
} yrE,,N%I
//其它工厂略; w-'D*dOi
_5U%'\5s
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。 fs3-rXoB
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: CVGOX z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (|36!-(iK
{ X6Nm!od'
IMediaFactory factory = null; nT@6g|!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) =8$0$d
{ kHJDX;
//音频媒体 V^Mf4!A(y
case ("mp3"): wKi}@|0[@
factory = new MP3Factory(); {Ukc D+.Y
break; }[KDE{,V
//视频媒体 6&
&} P79
case ("rm"): A1|7(Sow
factory = new RMFactory(); A^4kYOe
break; 0x]OF8=J
//其他类型略; ~D-JZx
} fNAo$O4cm
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); l6S19Kv
player.Play(factory.CreateMedia()); *< $c
=
} re ]Ste
PzMlua
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 u8<&F`7j
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ;*wT,2;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <*A|pns
{ `bZ2x@
IMediaFactory factory = null; 7z/(V\9B
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +(=0CA0GE
{ Qc&-\kQ:$u
case ("mp3"): IDGQIg
factory = new MP3Factory(); |5}rX!wS4
break; ~),;QQ,
//其他类型略; r
1l/) ;
case ("rm"): l50|`
6t
factory = new RMFactory(); 08Pt(kzNA
break; ,Lt~u_ lve
//其他类型略; .g/ARwM}
} []A"]p
IMedia media = factory.CreateMedia(); ba(arGZ+{
media.Play(); zz(!t eBC
} ;NiArcAS!
W"b&M%y|
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。 QMXD9H0{
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。 O8K@&V p
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。 L,Ao.?j
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: P3>..fhoW
;Pol#0_(
<appSettings> E3~,+68U
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ZQ,fm`y\
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> #dva0%-1
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> /<3;0~#){
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> j!zA+hF(
</appSettings> g,t3OnxS?
Veb+^&
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: Lv
`#zgo_f
private void InitMediaType() ?1GY%-
{ ^lHb&\X
cbbMediaType.Items.Clear(); 1fz*SIjG
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -M7K8
{ wF|0n t
cbbMediaType.Item.Add(key); Yw$a{5g
} UJee&4C-y
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 82j'MgGP
} (Oxz'#TX
"C_T]%'Wm
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: !GlnQ`T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5x*5|8
{ =)(3Dp
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;]2x
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); |ZvNH ~!
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; vS7/ ~:C
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, |HrM_h<X
factoryDllName).Unwrap(); ;EgzC^2e
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6OfdD.y
media.Play(); t9G}Yd[T
} kP7a:(P_g
7cIC&(h5
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。 iLF^%!:X%
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:
uY.=4l
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 v#RW{kI
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!