面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) * zyik[o
xLOQu.
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。 PzNPwd
一、传统过程化设计思想 bSX/)')jU
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: %%uE^nX>
public class MediaPlayer ja';NIO-
{ ` K{k0_{
private void PlayMp3() tZKw(<am
{ %KT}Map
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N~mr@rXC
} {o)pwM"@(
wL
4Y%g
private void PlayWav() /+SLq`'u)
{ D5?8`U
m=
MessageBox.Show("Play the wav file."); Y6sX|~Zy
} S\&3t}_
!#O[RS
public void Play(string audioType) Hn(1_I%zF
{ AO|9H`6U6F
switch (audioType.ToLower()) U"p</Q
{ V\<2oG
case ("mp3"): R5 4[U
PlayMp3(); X(nyTR8
break; )&7.E
case ("wav"): ^Q$OzsEk
PlayWav(); #T^2=7 w
break; c!4F0(n4
} AT~,
} G!r)N0?_f
} &R_7]f+%)
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `9J9[!+!`
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 _2hLc\#
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 8aP/vToa
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 "/i$_vl
二、面向对象设计思想 UGhEaKH~R
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! [c
8=b,EI
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: H,X|-B
public class MP3 0Lxz?R x]<
{ uD&B{c+a
public void Play() =W.}&
{ ;J 5z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); x^f)I|t
} #lP8/-s^
} GYaP"3Lu
V;XKvH
public class WAV "lL+Heq>V
{ -y+>^45
public void Play() x 6`!
{ "+"=iwEAz
MessageBox.Show("Play the wav file."); FoyYWj?,R
} '{,xQf*x
} cj8cV|8@
m,E$KHt (
Public class MediaPlayer +JU, ^A#X
{ Lqj
Qv$
switch (audioType.ToLower()) U4pIRa)S
{ pD732L@q
case ("mp3"): 9RaO[j`
MP3 m = new MP3(); (G>[A}-
m.Play(); xLz=)k[''
break; e yJ07
case ("wav"): GlAI~ \A
WAV w = new WAV(); p?:5U[KM
w.Play(); 1q;v|F
break; Nujnm$!,Q
} e{P v:jl
} WKEb
'^
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 LmF ,en5
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) \beO5]KS<
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 C8}:z\A_@Z
public class AudioMedia !LI<%P)
{ ~9dpB>+
public void Play() RwWg:4
{ "#j}F u_!
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
B )r-,M
} DYD<?._I
} .w9LJ
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 (CmK>"C+
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: >M,oyM"s
public abstract class AudioMedia 6Dq4Q|C
{
Pd*[i7zhC
public abstract void Play(); I0)`tQ+
} w
)R5P[b
JbMTULA
public class MP3:AudioMedia e`D}[G#
{ 1sQIfX#2f
public override void Play() ~7P)$[
{ Dm>"c;2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); IU%|K~_n
} fd\RS1[
} ):D"LC
iQwQ5m!d &
public class WAV:AudioMedia yGZsNd {a&
{ OU[<\d
public override void Play() *U?O4E9
{ NB"S,\M0
MessageBox.Show("Play the wav file."); HGDrH
} l90mM'[
} 200yN+ ec
~U9K<_U
public class MediaPlayer 'ZfgCu)St
{ qLN^9PdEE
//根据需要完成任务的单向分派 2@&r!Q|1vR
public void Play(AudioMedia media) |\5^ub,m
{ g`7XE
media.Play(); "F<CGSo
} eU?hin@X
} !'7fOP-J]
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)。 RK>Pe3<
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。 K7+yU3
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: WSkGVQu
public abstract class VideoMedia h+ f>#O+:
{ 0B
NLTRv
public abstract void Play(); xt{'Be&Ya+
} H",B[
YK
_'u]{X\k{J
public class RM:VideoMedia X%1TsCKMj
{ rH+OXGoB
public override void Play() 3FEJ
9ZyG
{ D6sw"V#
MessageBox.Show("Play the rm file."); k*.]*]
} hRcb}>pr
} c?p^!zG
U@lc1#
public class MPEG:VideoMedia NR{wq|"
{ l\HdB"nT
public override void Play() aER|5!7(2\
{ mP(3[a_Q
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); @fL ^I&++
} Nk`UQ~g$
} Hd|l6/[xz
n/H
OP
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。 0J)s2&H
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: KhCP9(A=Qo
kX 1}/l
public interface IMedia IUcL*
{ I$n=>s
void Play(); d"$8-_K
} f&
4_:'-,
CT|+?
public abstract class AudioMedia:IMedia V|7YRa@
{ L+%"ew
public abstract void Play(); vh9* >[i
} =P-&dN
)*|/5wW1
public abstract class VideoMedia:IMedia j=_rUc'Me
{ K~x,so
public abstract void Play(); &K)8
} weitDr6
)Nv1_en<!
这样再更改MediaPlayer类的代码: VSj!Gm0LB
public class MediaPlayer +jN}d=N-
{ !XA3G`}p6s
public void Play(IMedia media) x%P|T3Qy5
{ "(koR Q
media.Play(); Gn]36~)*H
} }kbSbRH43
} -+9[X*VCc
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 g|=_@
pL
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。 WA{igj@\
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。 B*7kX&Uq
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cw;wv+|k
{ .b:!qUE^
IMedia media = null; $|4C]Me (
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5/48w-fnZ
{ q>q:ZV
case ("mp3"): d1/emwH
media = new MP3(); D)_
C@*q
break; 1C[9}}
//其它类型略; Ycm)PU ["
case ("rm"): R+sT
&d
media = new RM(); @nxo Bc !P
break; #u<Qc T@
//其它类型略; bIKg>U'5d
} ] m]`J|%i
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); bP,<^zA|X
player.Play(media); 'Pz%c}hJ
} ]AP1+
&9fN
GnV0~?
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Pg4&}bX:I
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ,CO2d)}
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 vG&>-Z
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 yev!Nw
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: vL/ 3(Bo7
public interface IMediaFactory X/]@EF
{ 2`yhxO
IMedia CreateMedia(); x"W~m.y$h
} [+#m
THX
e4X
df>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: rvA>khu0/
public class MP3Factory:IMediaFactory HN47/]"*
{ WxdQ^#AE
public IMedia CreateMedia() xQ?>72grP
{ g14*6O:
return new MP3(); 1I Yip\:lS
} Pms@!yce
} w$gvgz
//其它工厂略; R^Rc!G}
p<R:[rz
public class RMFactory:IMediaFactory fBO/0uW
{ r4.6W[|d
public IMedia CreateMedia() [ X*p
[
{ Re%[t9F&
return new RM(); -luQbGcT3
} ia6 jiW x
} a+h$u
//其它工厂略; <+8'H:wz
K/4@2vF
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。 ^5 >e
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: U}v`~'K
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :I"CQ
C[Z
{ 2 a<\4w'
IMediaFactory factory = null; 3WV(Ok
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) rK~-Wzwu
{ *0WVrM06?
//音频媒体 {f*Y}/@
case ("mp3"): _ %s#Cb
factory = new MP3Factory(); {%jAp11y+O
break; 9rB3h`AVF
//视频媒体 I?KN7(9u?
case ("rm"): ~W'DEpq_
factory = new RMFactory(); P\7DA4]
break; 5f0M{J,KC
//其他类型略; pP\Cwo #,
} !3Dq)ebBz
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;qx#]Z0 <
player.Play(factory.CreateMedia()); 8&QST!JGSX
} C|{Sj`,XG
PjQl(v&O
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。 LPs%^*8(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: b#2)" V(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <y 4(!z"
{ WR+j?Fcf
IMediaFactory factory = null; !0
7jr%-~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d[9,J?'OQ
{ s"L&y <?)
case ("mp3"): .Xg.,kW
factory = new MP3Factory(); >OG189O
break; z%&FLdXgW+
//其他类型略; o$_0Qs$
case ("rm"):
/SvhOi
factory = new RMFactory(); <J%qzt}
break; T/$gnn
//其他类型略; w+$$uz
} i Ad&o`C
IMedia media = factory.CreateMedia(); 2w>%-_]u+
media.Play(); iUKjCq02
} U#<d",I
YV>a 3
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。 FT).$h~+4
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 iIfiv<(ChM
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 IPot][ N>
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: +Z#=z,.^
K5>3
<appSettings> Z'o0::k
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 31n"w;
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> vE ]ge
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> J%bNt)K}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !&)X5oJ
</appSettings> K'OG-fn;
'CBwE&AL
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: wGHft`Z
private void InitMediaType() l;$F[/3a
{ "$BkO[IS
cbbMediaType.Items.Clear(); <O
jK $KV
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 2OG/0cP
{ Q0*E&;|
cbbMediaType.Item.Add(key); 8 Ku9;VEk
} N'1I6e"
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *0U#Z]t
} \Y#
_KRnx-
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: * :"*'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YznL+TD
{ ]4rmQAS7"
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Q`CuZkP(
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 3G// _f
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; b[vE!lJEq
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ui]iOp
factoryDllName).Unwrap(); q NGR6i
IMedia media = factory.CreateMedia(); 4S(G366
media.Play(); T!
}G51
} /N0mF< P
+o+f\!
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。 A;!5c;ftj,
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: [bLKjD
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 vbJ<|#|r-
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!