面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) zB\ 8<97C
u{dkUG1ia
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。 W&m3"~BJ
一、传统过程化设计思想 kHQn'r6
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: WMFn#.aY5
public class MediaPlayer ;#*.@Or@Ah
{ h645;sb0
private void PlayMp3() CI+li H
{ d[E= HN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }R:oWR
} ]n$ v ^
5cl^:Ua
private void PlayWav() h-o;vC9fC
{ e"Z,!Q^-L
MessageBox.Show("Play the wav file."); CM`Q((
} +.$:ZzH#
j9cB<atL
public void Play(string audioType) g1B P
{ U<'$ \P
switch (audioType.ToLower()) Eh"Y<]$
{ ?pA_/wwp
case ("mp3"): B E#pHg
PlayMp3(); "#{b)!EH
break; AAF;M}le,
case ("wav"): /N@NT/.M<
PlayWav(); mmMiA@0
break; =sS=
} IEfm>N-]
} .&K?@T4l
} XD[9wd5w8
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。 37V$Qb_
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。 c3\p@}
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! $A(3-n5=
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 &((04<@e
二、面向对象设计思想 +^$;oG
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! HS1{4/
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: kC'm |Y@T
public class MP3 jank<Q&w
{ j\.e6&5%SS
public void Play() N0ZD+
{ :rvBx"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -{yG+1
} TNcMrbWA
} A\ tBmL_s
O[=W%2I!i
public class WAV Zh?n;n}
{ F<)f&<5E-
public void Play() @Z96902<t
{ 6$fwpW
MessageBox.Show("Play the wav file."); uYd_5
nw
} x+1-^XvK
} LC0-O1
|J^I8gx+
Public class MediaPlayer hiWs:Yq
{ ZjnWbnW
switch (audioType.ToLower()) Z,F1n/7
{ 7[}WvfN8#
case ("mp3"): zaE!=-U
MP3 m = new MP3(); *mN8Qd
m.Play(); a$LoQ<f_
break; TQ5kT?/{
case ("wav"): 5%DHF-W)
WAV w = new WAV(); 8JO(P0aT
w.Play(); wJ7Fnj>u%
break; ASNo6dP7
} >DW%i\k1V~
} <*p
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。 [,|4%Y
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) <H1e+l{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。 V("T9g
public class AudioMedia N/E=-&E8
{ ]oC7{OoX
public void Play() "(:8$Fb
{ wee5Nirw6
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); b/=>'2f
} M/}i7oS]
} _Aw-{HE'
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)。 j9=)^?
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: v)'Uoe"R%
public abstract class AudioMedia ay28%[Q b4
{ EFs\zWF
public abstract void Play(); a & 6-QVk
} I>>X-}
dp:5iuS
public class MP3:AudioMedia {|Fn<&G
{ V#+J4
public override void Play() K*"Fpx{M
{ e4cWi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0#F<JsO|u
} a+n?y)u
} +#g4Crb
x
~@%+d
public class WAV:AudioMedia pz/vvH5
{ Ak2Vf0E b
public override void Play() zZ])G
{ 46c0;E\9
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?qtL*;
} "ScY'<
} vn96o]n
"3NE%1T
public class MediaPlayer ]@sLX ek
{ x4@IK|CE
//根据需要完成任务的单向分派 SvD:UG
public void Play(AudioMedia media) )"^ )Nk
{ 5%R$7>`Z
media.Play(); *&W1|Qkg_
} Dn;$4Dak(
} y Xi$w.gr
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)。 6 ;}FZ
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。 [JVUa2Sm
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: T-lHlm
public abstract class VideoMedia >zv}59M
{ &4Y@-;REt
public abstract void Play(); [b@9V_
} n UD;y}}n
w;T?m,"
public class RM:VideoMedia ~ponYc.Y
{ *lp{,
public override void Play() `,FvYA"
{ |_wbxdq
MessageBox.Show("Play the rm file."); ldWr-
} c(!{_+q"
} J<7nOB}OD
@*~cmf&FIQ
public class MPEG:VideoMedia `z`"0;,7S
{ ]WC@*3'kye
public override void Play() j;i7.B"[
{ 0'^zIL#.
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); V?Ye^-29
} }9(:W </}
} a(eUdGJ
hjY)W;
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。
=uIeur
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: Pb@9<N Xm'
bA3pDt).p
public interface IMedia gA:N>w&<X
{ Twr<MXa
void Play(); ~,P."
} Kyq/o-
n4Eqm33
public abstract class AudioMedia:IMedia z8n]6FDiE
{ Fu#mMn0c
public abstract void Play(); $ ~2qEe.h
} ai(J%"D"
_#6ekl|%
public abstract class VideoMedia:IMedia x-ShY&k
{ wr;8o*~
public abstract void Play(); F /% 5 r{
} twJ)h :!_y
!3#*hL1fy
这样再更改MediaPlayer类的代码: "]D2}E>U;
public class MediaPlayer iMr/i?`i
{ L&SlUXyt.c
public void Play(IMedia media) -!z,t7!
{ Ue)8g#
media.Play(); Z3
$3zyi
} &5F@u
IA
} 7\1bq&a<
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 R} aHo0r
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。 ,Q8)r0 c
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。 fu?Y'Qet
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) RzLbPSTQ
{ <xQHb^:
IMedia media = null; fo30f=^Gi
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `l8^n0-
{ Up kw.`D`
case ("mp3"): jB!Q8#&Q
media = new MP3(); Z&R{jQ,
break; ;.P9t`*
//其它类型略; @9<MW
case ("rm"): Jd>"g9
media = new RM(); 6?v)Hb}J%d
break; s'|^ 6/
//其它类型略; Fi^Q]9.@{
} @.Pe.\Z
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -Am~CM
player.Play(media); ]MXeWS(
} Z6I^HG{:
bl;C=n
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ngoAFb
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。 Fn~?YN
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。 ^s&1,
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。 2_]"9d4
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: @4N@cM0
public interface IMediaFactory K)C9)J<
{ %l7|+%M.{
IMedia CreateMedia(); 8'B
} %2)'dtPD~
"##Ylq( "
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: J9
iQ W
public class MP3Factory:IMediaFactory #{8n<sE
{ |tU4(hC
public IMedia CreateMedia() J`8bh~7
{ vpGeG
return new MP3(); 3,cZ*4('d
} lJloa'%v9
} iCYo?>
//其它工厂略; .?YLD+\A
[9E<z2H
public class RMFactory:IMediaFactory Wl:vO^
{ ?Rj)x%fN
public IMedia CreateMedia() ie!ik
{ _ ecKX</Q
return new RM(); qh)o44/
$
} 420cJ{;A
} dfBTx6/F
//其它工厂略; "3"9sIZ(
U0/X!@F-
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。 g6kVHxh-
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: Nn],sEs
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N| dwuBW
{ BEkxH.
IMediaFactory factory = null; ]_yk,}88d
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `4'['x
{ NyTv~8A`)
//音频媒体 #Cda8)jl(
case ("mp3"): n3t0Qc
factory = new MP3Factory(); W^Jh'^E
break; U[b$VZ}
//视频媒体 /pvR-Id|6
case ("rm"): b=!G3wVw<
factory = new RMFactory(); mV0.9pxS
break; 09{B6l6P
//其他类型略; g
pN{1
} 4{d!}R
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p<\yp<g
player.Play(factory.CreateMedia()); `4&
GumG
} OE(Z)|LF
D<zgs2Ex
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 3sf+u oV
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: >900O4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !'()QtvC<
{ P%v7(bqL4+
IMediaFactory factory = null; e{~s\G8g
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ZlHN-!OZp
{ |.x |BJ
case ("mp3"): ;=IGl:
factory = new MP3Factory(); zice0({iJ
break; fD#VI
//其他类型略; piE9qXn
case ("rm"): W[]N.d7G
factory = new RMFactory(); 5sD\4 g)HK
break; _N 5$>2
//其他类型略; |RBgJkS;8
} .6yC' 3~;o
IMedia media = factory.CreateMedia(); jj,Y:
media.Play(); FfnW
} 5fK#*(x
Y!C=0&p
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。 `gIlS^Q
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。 M~Yho".
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。 "Ldi<xq%xl
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: Jb'M/iG
`CP}1W>
<appSettings> [.O3z*[9#
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> _h4{Sx
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]~:9b[G2
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :?VM1!~ga
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> E4^zW_|xE
</appSettings> IiG~l+V~
lS.*/u*5
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: beyC't
private void InitMediaType() UwuDs2
t
{ _VFxzM9f
cbbMediaType.Items.Clear(); #\kYGr-G)
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) %Y"@VcN
{ [:geDk9O#'
cbbMediaType.Item.Add(key); Tti]H9g_
} N'nI
^=
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ]Ma2*E!p
} gw0b>E8gZ&
zT[[WY4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ] 8sVXZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ij_Y+Mnl4:
{ Suixk'-
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); |kL^k{=zV
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); sGjYL>*
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; x
j6-~<
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, <QGf9{m
factoryDllName).Unwrap(); eJ+V!K'H2
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3+gp_7L
media.Play(); /
lh3.\|
} 5UE5;yo
kK2x';21
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。 &u-H/CU%
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: JHpaDy*
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 @GzEhv
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!