面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) %SCt_9u
y
La E]
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。 Be\@n xV[
一、传统过程化设计思想 Jko=E
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:
Bw+?MdS
public class MediaPlayer <4zSh3
{ fceO|mSz_
private void PlayMp3()
qf@P9M
{ XW2ZQMos1
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Bk5 ELf8pL
} W|sU[dxZ
(?GW/pLK]
private void PlayWav() 1BP/,d |+
{ S$40nM
MessageBox.Show("Play the wav file."); 7dE.\#6r
} u35"oLV6}#
DV>;sCMJ %
public void Play(string audioType) LU@1Gol
{ ]vV)$xMX
switch (audioType.ToLower()) Q$k#q<+0
{ VH+3o?nrT
case ("mp3"): 1TGE>HG
PlayMp3(); w7q6v>
break; 3U!=R-
case ("wav"): |S<!'rY
PlayWav(); gg#lI|
break; DH i@ujr
} 79o=HiOF99
} \W=Z`w3
} 2BT+[
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。 Gfy9YH~
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。 CeUXGa|C
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! ;"RyHow
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。 V)u#=OS
二、面向对象设计思想 QOPh3+.5
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! SL+n y(y
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: p"H/N_b4
public class MP3 <7L-25 =
{ O69TU[Vn
public void Play() ~*^o[~x]\
{ c@nh>G:y{&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {F\P3-ub
} tehWGqx)
} XJwgh y?(
+^AAik<yl
public class WAV ;nAx@_ab^
{ VP~%,=
public void Play() zYWVz3l
{ V|awbff:
MessageBox.Show("Play the wav file."); <y7Hy&&y-
} -H|!KnR
} YV>&v.x0;
W+4Bx=Mj
Public class MediaPlayer (Gapv9R
{ @LS%uqs
switch (audioType.ToLower()) J*6B~)Sp@
{ XgeUS;qtta
case ("mp3"): 7xWJw
MP3 m = new MP3(); )"2eN3H/
m.Play(); ,4-],~T
break; x'6i9]+r
case ("wav"): 9JILK9mVO
WAV w = new WAV(); 8|L 5nQ
w.Play(); &
\"cV0
break; W(-son~I
} e(&u3 #7Nn
} )Q}Q -Zt
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。 h\~!!F
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) +;oR_]l
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。 }6{00er
public class AudioMedia 8f%OPcr&
{ /V]i3ac
public void Play() p=i6~
{ gnb+i`
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); gt~u/Z%
} hew"p( `
} f^IB:e#j;
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)。 Q+_z*
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: !u4eI0?R?
public abstract class AudioMedia t.bM]QU!1
{ "W9z>ezp
public abstract void Play(); ^6Yt2Bhs
} VrhHcvnZ
"kIlxf3
public class MP3:AudioMedia t47;X}y f
{ \DD4=XGA
public override void Play() :gRVa=}=
{ Tn\{*A
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;Cty"H,
} {CTJX2&
} ?UeV5<TewS
i`iR7UmHeR
public class WAV:AudioMedia q,;wD1_wG
{ 3e\IRF xzb
public override void Play() ;.R)
uCd{=
{ ?T|0"|\"'
MessageBox.Show("Play the wav file."); EyBTja(4
} 3mg:9]X9
} + kF%>F]
XV)ctF4
public class MediaPlayer DC_k0VBn
{ 45jImCm
//根据需要完成任务的单向分派 LA/Qm/T
public void Play(AudioMedia media) QXy=|
{ ~9;udBfwF
media.Play(); fZnq5rTk"
} 0[7"Lhpd
} wqzpFPk(
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)。 hx:^xW@r4P
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。 QWC C
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\4B2:Qd9
public abstract class VideoMedia )N\ BC
{ =xSf-\F
public abstract void Play(); G}}Lp~
} +4[9Eb'k=
]-;JHB5A_:
public class RM:VideoMedia zq3f@xOK
{ 'jye*
public override void Play() "Rtt~["%
{ [.CP,Ly
MessageBox.Show("Play the rm file."); Ufor>
} t"MrrK>T
} P1Iy>%3
r-]%R:U*
public class MPEG:VideoMedia w:=:D=xH2
{ ={o)82LV
public override void Play() lB#7j
{ 5as5{"l
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); WH Ul.h
} "\5 T
6
} OF-g7s6VH
slP>;
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。 HoeW6U V
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: T;S6<J
S{{wcH$n'i
public interface IMedia :1]J{,VG
{ 1vJj?Uqc
void Play(); ~K(mt0T)
} BV}sN{
EDF0q i
public abstract class AudioMedia:IMedia WfTl\Dxw
{ dqFp"Xe"%
public abstract void Play(); Z4gn7
'V
} *|;`Gp
0c,!<\B
public abstract class VideoMedia:IMedia K\mFb
{ y!q`o$nK
public abstract void Play(); b+$wx~PLi
} $IdU
eIhfhz?Q;#
这样再更改MediaPlayer类的代码: "/3YV%to-#
public class MediaPlayer ,TYFPulYcp
{ qT#NS&T!-
public void Play(IMedia media) MfdkvJ'
{ K @:t6
media.Play(); ]xbMMax
} ]A1'+!1$
} u4 ~.[3E*
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 kD)]\
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。 )Z\Zw~L
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。 sJ5#T iX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %D%
Ok7s})
{ +NeoGnj
IMedia media = null; >?ec"P%vS/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) wb##|XyK<c
{ -e0?1.A$
case ("mp3"): WKwYSbs(
media = new MP3(); 3|EAOoWnK
break; NR%_&%qQA
//其它类型略; S/YHT)0x[
case ("rm"): 2NB$(4/
media = new RM(); 8CH9&N5W5t
break; 6#a82_
//其它类型略; aO
bp"
} g*w}m>O
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); JLg/fB3%
player.Play(media); OAgZeK$
} )XoMOz
k3]qpWKj
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Q"3gvIyc
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。 HLL=.: P
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。 pkTVQdtRG
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。 ~w.y9)",
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: iDltN]zS
public interface IMediaFactory J- 5kvQi8
{ e-VGJxR
IMedia CreateMedia(); wT-Kg=-q
} 0}'/3Q
B^{~,'
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: HC6v#-( `{
public class MP3Factory:IMediaFactory T#vY(d
{ Rv.IHSQUo
public IMedia CreateMedia() 6l2Os
$
{ u}rJqZ
return new MP3(); S9'Xsh
} ;3%Y@FS@
} UVW4KUxR
//其它工厂略; O:imX>|u
a^Q
?K\c4N
public class RMFactory:IMediaFactory sI{?4k
{ 31QDN0o!~
public IMedia CreateMedia() $)KNp dXh
{ SA%)xGRW
return new RM(); cxx8I
} '+c@U~d*7
} D<WGau2H
//其它工厂略; {CFy
%
|Nadk(}
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 [/<kPi
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: <)Y jVGG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <Ynrw4[)t
{ ~n(LBA
IMediaFactory factory = null; `\/\C[Gg
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ZkNet>9
{ ~(=5`9
//音频媒体 1qp"D_h
case ("mp3"): J*AYZS-tSE
factory = new MP3Factory(); E!>MJlA:k6
break; \!%~(FM
//视频媒体 %MEWw
case ("rm"): +"|TPKas
factory = new RMFactory(); ,D&-.`'E
break; D z[,;
//其他类型略; Ylgr]?Db*
} Zlygx
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); >X5RRSo
player.Play(factory.CreateMedia()); Kk|)N3AV:
} F;Q'R|HQ
u(PUbxJ
V
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 xlh<}Vtp
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 1)f <
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) nB/`~_9
{ ?u0qYep:
IMediaFactory factory = null; i@ 86Ez
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Dr"PS
>.
{ H29vuGQjq
case ("mp3"): k7(lwEgNG
factory = new MP3Factory(); k ,ezB+
break; iRM ?_|
//其他类型略; &vfeBth
case ("rm"): ?=HoU3
factory = new RMFactory(); v+( P 4fS
break; m@)Ya*=<
//其他类型略; [ fs.D /
} B3I0H6O
IMedia media = factory.CreateMedia(); >LB*5
media.Play(); A+z}z@K
} N Ff`V
0W~1v
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 6=*n$l#}
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。 xhB-gG=
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。 _,f7D/dq
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: /03?(n= 3
NL'(/|)
<appSettings> NS "1zR+
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> <S12=<c?'
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> DU-dIqi
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> o@L
'|#e
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> AXv-%k};
</appSettings> e488}h6#m
K
28s<i`
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'CFd
private void InitMediaType() &y-z[GR[{
{ D}N4*L1
cbbMediaType.Items.Clear(); v|@EuN14<
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
E/gfX
{ is^5TL%@
cbbMediaType.Item.Add(key); 4.>y[_vu
} 7dOpJjv?)
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lbh7`xCR
} /XdLdA!v
&3itBQF
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: =p dLh
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 474
oVdGx
{ 1k{H,p7
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ?/(*cA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); *T.V5FB0S
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; =6=l.qyYK
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Rhw+~gd*F
factoryDllName).Unwrap(); 74hRG~
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6t'.4SR
media.Play(); -67!u;
} 3@1$y`SN
G\(*z4@Gz
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。 dki3(
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: V|<'o<h8
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 lQ4$d{m`
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!