面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Dnn$-W|NC
/HbxY
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。 eSo/1D
一、传统过程化设计思想 >=Hm2daN
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: dR~4*59Bg
public class MediaPlayer qI;"yG-x-
{ =67dpQ'y
private void PlayMp3() y^7;I-
{ SQ!wq
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
AoB~ZWq
} M:x?I_JG8
l^aG"")TH.
private void PlayWav() Z0*Lm+d9z
{ 4Kjrk7GAx
MessageBox.Show("Play the wav file."); $MD|YW5
} 4np,"^c
w:xLg.Eq6
public void Play(string audioType) M,xhQ{eBY
{ td!WgL,m
switch (audioType.ToLower()) PhBdm'
{ 3]xe7F'`
case ("mp3"): .2?txOKh
PlayMp3(); [<SM*fQ>t
break; @i'24Q[6
case ("wav"): qjcy{@ j
PlayWav(); N2:};a[ui5
break; Q79& Q04XN
} "#bL/b'{
} JTbg8b
} <[{Ty+
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 %-ih$ZY
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。 n';"c;Ye)
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! ?^]29p_
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。 hnWo.5;$
二、面向对象设计思想 XQCu\\>;
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! rN6@=uB
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: #N%ATV
public class MP3 C =fs[
{ &4M0 S+.
public void Play() 1Xy{&Ut\
{ bz!9\D|h
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); vt{s"\f
} I)$` @.
} s@C KZ`
d>"t*>i]>
public class WAV x`N_tWZ
{ ;)Rvk&J5
public void Play() M7Ej#Y
{ oXw} K((|
MessageBox.Show("Play the wav file."); b|U48j1A
} -:9E+b
} cU}j
Whu
`P;fD/I
Public class MediaPlayer @kU{
{ \ZdV|23
switch (audioType.ToLower()) kIS&! V
{ ".+wz1
case ("mp3"): vUa~PN+Iy
MP3 m = new MP3(); q^}QwJw
m.Play();
0:-i
break; oQJK}9QR
case ("wav"): J;+AG^U<
WAV w = new WAV(); `5}XmSJ?5
w.Play(); x7$U
break; >T3HkOT
} w-Zb($_
} 0Eq.l <
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 iN%\wkx*N
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) (:3rANY|
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 `X?l`H;#
public class AudioMedia u?[P@_i<
{ @]lKQZ^2&
public void Play() }vBk,ED
{ |:7
^
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); FS'|e?WU
} F#b^l}
} y%&q/tk
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 EB0TTJR?#
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: s%vis{2
public abstract class AudioMedia 7z%L*z8V
{ ~Z -Vs
public abstract void Play(); &`h{iK7
} D,FHZDt
6S},(=
public class MP3:AudioMedia |O3q@
{ E!;SL|lj.
public override void Play() l-fi%Z7C
{ IW>T}@
|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "&%I)e^
} 83E7k]7]
} X*M#FT-
UF?H>Y&
public class WAV:AudioMedia >xF/Pl
{ 0*rQ3Z
public override void Play() Y]NSN-t
{ s~>d:'k7|
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2Or'c`|
} bu
|a0h7e
} fBalTk;G{U
fG}tMSI
public class MediaPlayer HP.E3yYK
{ .P$IJUYO
//根据需要完成任务的单向分派 MN=
sIP,zk
public void Play(AudioMedia media)
'3l$al:H^
{ ?Ce#BwQ>
media.Play(); MN;/*t
} 6a}r( yP
} 5a8>g
[2U
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)。 *8g<R
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。 OjnJV
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: mc@M ,2@D
public abstract class VideoMedia T[Q"}&bB
{ |+ 7f2C
public abstract void Play(); $Lq:=7&LRn
} L~0&
Q
sQ3[<
public class RM:VideoMedia Xxj-
6i
{ Gf6p'(\zun
public override void Play() Ha#=(9.
{ UsG~row:!
MessageBox.Show("Play the rm file."); qw301]y
} c2SO3g\"i
}
Q>qUk@
te`$%NRl
public class MPEG:VideoMedia J`Q>3]wL
{ AOZP*\k
public override void Play() [|wZ77\
{ NSMyliM1Y
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); @)+AaC#-
} &A/]pi-\
} ,]C;sN%~}
G&SB-
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。 H H)!_(SA
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: hR
n <em
~hH REI&
public interface IMedia T.F!+
{ g9pZ\$J&
void Play(); RU{twL.B
} Mexk~zA^
t,Lrfv])
public abstract class AudioMedia:IMedia phkwN}6
{ 234p9A@
public abstract void Play(); Xq4O@V
} iXkF1r]i
iU918!!N
public abstract class VideoMedia:IMedia PQt")[
{ L+F@:H6/0
public abstract void Play(); ]! &FKy
} ]HXHz(?;F
Rz&}e@stl
这样再更改MediaPlayer类的代码: E]a;Ydf~
public class MediaPlayer */@I$*
{ $S2
/*
public void Play(IMedia media) @`^Z5n.4
{ Z0XQ|gkH
media.Play(); ^q%f~m,O<
} W+4Bx=Mj
} U 17=/E
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 n!Y}D:6c6
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。 7Xh @%[
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。 7*WO9R/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *1:kIi7_
{ ;WrG\R/|
IMedia media = null; Y~#F\v
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) e(&u3 #7Nn
{ #~qzaETv,
case ("mp3"): qa8?bNd'f
media = new MP3(); nT}i&t!q8@
break; D)S_ p&
//其它类型略; $j@P8<M7
case ("rm"): pQ4HX)<P
media = new RM(); 7 ,uD7R_
break; G_ ~qk/7mF
//其它类型略; 1C*mR%Q
} ?hURNlR_Q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); i 2[8^o`_
player.Play(media); xnw' &E
} :ee vc7
NMrf I0tbG
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 0Xn,q]@Z
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ?UeV5<TewS
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 )?LZg<<
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ^\yz`b(A0
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: T5:xia>8O
public interface IMediaFactory /h]ru SI
{ dEM=U;
IMedia CreateMedia(); 6?(vXPpT$
} NHq*&xy
[}!obbM
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: {pW(@4U
public class MP3Factory:IMediaFactory M4(`o^n
{ G u P1
public IMedia CreateMedia() }X[wWH
{ SRf.8j
return new MP3(); X7gtR|[
} Rt10:9Kz$
} 8st~ O
//其它工厂略; +XN/ bT
X:Z*7P/
public class RMFactory:IMediaFactory gzDNMM
{ a4iq_F#NF
public IMedia CreateMedia() |=9=a@l]P
{ j9Y'HU5"
return new RM(); W6[# q%o
} D,Jyb0BW
} lGAKHCs
//其它工厂略; P1f@?R&t+
%;{Ro)03
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。 $"G=r(MW
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: $5n6C7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IrZ!.5%tV
{ ,>Lj>g{~
IMediaFactory factory = null; zgh~P^Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^sA"&Vdr^
{ 3\jcq@N
//音频媒体 4]$$ar)
case ("mp3"): '6&a8&:
factory = new MP3Factory(); ^E3 i]Oem
break; L&2 Zn{#`
//视频媒体 )mVpJYt;
case ("rm"):
,m-/R
factory = new RMFactory(); NlnmeTLO5
break; )m7 Y o
//其他类型略; TQ\\/e:
} vtS[Tkk|A
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); (;o/2Q?
player.Play(factory.CreateMedia()); (?7=$z!h
} qrtA'fU
T+y3Ph--^
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。 C3p/|{TP
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: \-?@
&' :
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "}jY;d#n
{ +bbhm0f
IMediaFactory factory = null; CI };$4W~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) oMj;9,WK'
{ OYsG#
case ("mp3"): (t\
F>A
factory = new MP3Factory(); 3:;2Av2(X.
break; ,,-g*[/3
//其他类型略; U[Pll~m2b
case ("rm"): wwtk6;8@
factory = new RMFactory(); vQ/&iAyut
break; [aK7v{Wu
//其他类型略; ;P{HePs=)
} G/*0*&fW
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?u`TX_OsB
media.Play(); C)r!;u)AZH
} :i4>&4j
z&6TdwhV
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 :$`"M#vMX
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。 Ris5)*7
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。 HktvUJ(Ii
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: T@ [*V[
3\xvy{r
<appSettings> ?>_[hZ
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> w1je|Oil
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> -}B&>w,5
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> )@
/!B`
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Kug_0+gI
</appSettings> 39w|2%(O.
J 1?)z+t9~
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: W+&w'~M
private void InitMediaType() MMMuT^X
{ f\ wP}c'
cbbMediaType.Items.Clear(); `|1#Vuk
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) R(?g+:eCpM
{ ccUq!1
cbbMediaType.Item.Add(key); VFZ_Vw
} 6d RxfbL
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; s/,wyxKd
} /mb?C/ CI
[dK5kO
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: r.5}Q?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Q)\~=/Lb
{ 88)F-St
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
u;fD4CA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); `g2DN#q[0
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; H5f>Q0jq
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, uY,(3x
factoryDllName).Unwrap(); i )Hjmf3
IMedia media = factory.CreateMedia(); D0(%{S^
media.Play(); -.8 nEO3
} fZqMznF
l .8@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。 9'tElpDJ6#
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: 0-ISOA&
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 vI<n~FHt
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!