面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )qd={
^RDU
p5,T
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。 P5P<"
一、传统过程化设计思想 tR;{.
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: MQ9vPgh
public class MediaPlayer Qi^;1&
{ NWaO_sm
private void PlayMp3() sv`"\3N[
{ dN0mYlu1|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;W6-i2?
} Vd<K4Tk
'kQ~
private void PlayWav() n.ct]+L
{ Z/h|\SyJ
MessageBox.Show("Play the wav file."); ONfyYM?
} (!-;T
Km"&mT $
public void Play(string audioType) UFf,+4q
{ #D0W7a
switch (audioType.ToLower()) ib; yu_
{ 0Az/fzJlz
case ("mp3"): 7H#2WFQ7
PlayMp3(); @ t|3gF$X
break; BfVBywty
case ("wav"): O]bKNA.5
PlayWav(); f:XfAH3R{
break; 5zVQ;;9
} .l=p[BI
} j/'
g$
} s>r ^r%uK
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。 QoWR@u6a
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。 Y$+QNi
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! lvPpCAXY
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 wE4;Rk1
二、面向对象设计思想 vcM~i^24)
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! %l;*I?0H
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 8,y{q9O
public class MP3 m_$JWv\|\
{ K( z[}
public void Play() MHFaSl
{ 3sb 5E]P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); xl9(ze
} OGGSS&5tw
} 1OP"5f
k:mlt:
public class WAV ]LVnt-q
{ Z)5klg$c
public void Play() .jaZ|nN8`
{ >3!DOv
MessageBox.Show("Play the wav file."); -O %[!&`
} q}sK
} &rP~`4Mkp
@Kp1k> ov
Public class MediaPlayer =Sa~\k+
{ |
+fwvi&a
switch (audioType.ToLower()) pND48 g;
{ +dM.-wW
case ("mp3"): 71*>L}H
MP3 m = new MP3(); PF67z]<o
m.Play(); v4C3uNW
break; ee^4KKsh\
case ("wav"): jr:drzr{I
WAV w = new WAV(); |eF.ZC)QWh
w.Play(); F:_FjxU
break; PU"S;4m
} A6Q c;v+
} 'QR4~`6I
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。 ET3,9+Gj
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) !]G jIT]Oh
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。 0JyqCbl
public class AudioMedia l@#b;M/
{ K k`<f d
public void Play() r_q~'r35 _
{ Zikm?(J
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); w a2~C [
} y}Cj#I+a
} pJn>oGeJ&
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)。 pLPd[a
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: RW)k_#%=
public abstract class AudioMedia .T{U^0 )
{ leR"j
public abstract void Play(); PYaOH_X.
} 3}yraX6r!
*5^ze+:
public class MP3:AudioMedia Rn8#0%/Q
{ z30= ay1
public override void Play() kHZKj!!R
{ sv@}x[L
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); dbd"pR 8v
} hl}dgp((
} L^&do98
0oQ/J:
public class WAV:AudioMedia J09ZK8
hK
{ Of!|,2`(
public override void Play() g*^wF?t'T
{ X+\0%|
MessageBox.Show("Play the wav file."); /1U,+g^O>
} E|\3f(aF
} Q:rT 9&G
U24V55ZnI
public class MediaPlayer gr[D!D>
{ dnk1Mu<
//根据需要完成任务的单向分派 EccFx7h
public void Play(AudioMedia media) &MBOAHhze
{ 0GF%~6
media.Play(); +ESX.Vel
} N <ja6Ac
} Z5 w`-#
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)。 Q^\{Zg)p
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。 M,I68
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: ,80jMs
public abstract class VideoMedia V>DXV-%&C
{ &IxxDvP3k
public abstract void Play(); }kpfJLjY
} ^Jc$BMaVg
+
?[ ACZF
public class RM:VideoMedia g4?Q.'dZr
{ Z{Lmd`<w`j
public override void Play() \;4L~_2$q
{ 0q-0zXlSL
MessageBox.Show("Play the rm file."); Mp}!+K
} t"jIfU>'a/
} N^)<)?
:5q^\xmmq
public class MPEG:VideoMedia 30wYc &H
{ e/g<<f-
public override void Play() .N'%hh
{ T9&,v<f
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); +Y_Q?/M@8
} {m1t~ S
} 9u-M! $
!xJLeQFJI]
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。 E1mI Xd;.
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: ~)oWSo5ll
p0%6@_FT~
public interface IMedia 8=!rnJCav
{ bqf]$}/8k
void Play(); j};pv 2
} =N[V{2}q
;@=@N9qK
public abstract class AudioMedia:IMedia %BT)oH}
{ <
|]i
public abstract void Play(); 3\+[38 _
} ^Y*`D_-G
f6(9wz$Trt
public abstract class VideoMedia:IMedia jSOa
{ q_%w
l5\F
public abstract void Play(); Y'+F0IZ+
} 8xeun~e"vS
kOlI?wc
这样再更改MediaPlayer类的代码: P5ESrZ@f
public class MediaPlayer VygXhh^7\
{ c DEe?WS
public void Play(IMedia media) ~I8"l@H>
{ q^T&A[hMPx
media.Play(); ID{Pzmt-
} 8O;rp(N.n
} }SJLBy0
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 sbq44L)
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。 wKeSPs{x
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。 S|=rF<]my
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f(9$"Vi
{ gzJ{Gau{)
IMedia media = null; 7kWZMi
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;{F;e)${M
{ o#KPrW`XJ/
case ("mp3"): 8m13M5r
media = new MP3(); l yLK$B?/
break; s K$Sar
//其它类型略; :a^,Ei-&
case ("rm"): I_Mqh4];
media = new RM(); 0
6G[^
break; 6{FS/+
//其它类型略; w$<fSe7
} ?6.KS
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); u0 'pR#
m|
player.Play(media); .-1{,o/&Q
} !MG>z\:
L{o >D"
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 +'YSpJ
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ZCOuv6V+
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 *|.yX%"k
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Ow&'sR'CX
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Y;I(6`,Y
public interface IMediaFactory a_#eGe>
{ w!GU~0~3[
IMedia CreateMedia(); )eedfb1
} %]= 'Uv^x
2Y g[8Tm#
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: bQ:3G;
public class MP3Factory:IMediaFactory OB? 79l
{ q5K/+N^2?
public IMedia CreateMedia() )uv$tnP*
{ lG^mW\O
return new MP3(); L-X
_b3E\
} #D*J5k>2
} *7D$;?"
//其它工厂略; fU){]YP
;] `NR
public class RMFactory:IMediaFactory 3Jk?)Dy
{ :N'[de
public IMedia CreateMedia() h}VYA\+<B
{ jJ{
w -$
return new RM(); iTBhLg,
} ^Ihdq89 t
} @0@'6J04
//其它工厂略; "=5vgg3
<xh'@592
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。 =ym~=
S
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: 9[]"%6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gQzJ2LU(
{ 0_xcrM
IMediaFactory factory = null; bU +eJU_%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J;]@?(
{ (k HQKQmq
//音频媒体 YI(OrR;V
case ("mp3"): H f mMf^c
factory = new MP3Factory(); BrH`:Dw
break; }Us$y0W\
//视频媒体 @snLE?g j
case ("rm"): x`|tT%q@l
factory = new RMFactory(); J$ih|nP
break; +`vZg^_c`
//其他类型略; 0 Ukl#6
} (j 8,n<o
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Q8/0Cb/
player.Play(factory.CreateMedia()); D@vvy6>~s
} ';L^mxh
O=?X%m #
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。 y.]]V"'2
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: ((IBaEq
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !iz vY
{ ^Th"`Av5
IMediaFactory factory = null; Bc@r*zb
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) YV!V9
{ oX]1>#5UMg
case ("mp3"): |"E9DD]{
factory = new MP3Factory(); YGO 7lar
break; ?kxWj(D
//其他类型略; 2B?i2[a,
case ("rm"): 50hh0!1
factory = new RMFactory(); EF^=3
break; #3[b|cL
//其他类型略; o)D+qiA3U
} dGW7,B~
IMedia media = factory.CreateMedia(); u4^"E+y^S
media.Play(); 8}E(UsTa
} (c|qX-%rC
U4I` xw'
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。 $U.'K!B
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。 *t*&Q /W
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。 zMqEMx9
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: DczF0Ow
]mT}
\b
<appSettings> A
=#-u&l
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ?{P6AF-xcf
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> KcF+!;:
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q3{&'|}^2
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> e(% Solkm?
</appSettings> 1Moh`
,%G2>PBt
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: LsZ!':LN
private void InitMediaType() 3kQ8*S
{ X35U!1Y\
cbbMediaType.Items.Clear(); 29DWRJU
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ;+KgujfU
{ ]@}BdMlHp
cbbMediaType.Item.Add(key); )P+GklI{4
} 3NZFW{u
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 1b%7FrPkd
} R'HA>?D
\ OINzfbr
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Afl'-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 17 iq
{ JJ3JULL2
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); MFsy`aiS
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); A+E@OO w*~
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Hu2g (!
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, zFQkUgb
factoryDllName).Unwrap(); ryLNMh
IMedia media = factory.CreateMedia(); g'7hc~=
media.Play(); {
4{{;
} RYaofW
]7
mSM
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。 M.^A`
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: -)+DVG.t
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 l<%~w
U
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!