面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) cLp9|y0r
F0m[ls$
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。 C#&b`
一、传统过程化设计思想 ?h7[^sxJ
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: u`L*
public class MediaPlayer cB;DB)0P
{ %[,^2s
private void PlayMp3() O[ans_8
{ ?`*`A9@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); VuBi_v6
} 1^Q!EV
acpc[^'
private void PlayWav() \ }-v
{ yYC\a7Al4
MessageBox.Show("Play the wav file."); DL_M#c`<
} hHt.No
;r;>4+zn\
public void Play(string audioType) I
tn?''~;
{ ]~WIGl"g
switch (audioType.ToLower()) a`||ePb|W~
{ (_q&QI0{
case ("mp3"): d{^K8T3
PlayMp3(); ZDrTPnA[
break;
*!EHs04
case ("wav"): H]lD*3b
PlayWav(); a
8jG')zg
break; oRn 5blj
} gn 9CZ
} Dx3Sf}G
`
} KbRKPA`
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。 v^IMN3^W
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。
(+\K
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! 4_eFc$^
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。 Io;26F""
二、面向对象设计思想 9/\=6vC|
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! iL IKrU+`
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: X<"#=u(
public class MP3 qmpU{fs
{
1 pzd
public void Play() 9e1KH'
{ \AR3DDm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6dCqS
} iu,Bmf^oD
} 2wh{[Q2f
5a l44[
public class WAV cW $~86u"C
{ 9;c]_zt
public void Play() -E!V;Tgc%U
{ Kib?JRYt
MessageBox.Show("Play the wav file."); l\-(li
H
} \=g%W^i
} r(=3yd/G$
01^W Py9l
Public class MediaPlayer ]| =#FFz
{ _nnl+S>K
switch (audioType.ToLower()) #^/&fdK~A
{ (aH_K07
case ("mp3"): 7<ES&ls_
MP3 m = new MP3(); q}R"
m.Play(); vCNYqa)m:
break; e.g$|C^$m
case ("wav"): (3G]-
WAV w = new WAV(); k@R)_,2HH
w.Play(); 80M4~'3
break; KK*"s^L
} ?+#E&F
} ?3i-wpzMp
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。 QPa&kl
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) {GH
0
J"
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。 pKSVT
public class AudioMedia #P6;-d@a
{ {=d\t<p*n
public void Play() 58My6(5y
{
v4<x 4
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); /SD2e@x{U
} :XZ
} .~
W^P>t
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)。 5G=CvGu
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: QSy #k~
public abstract class AudioMedia 0) lG~_q
{ =l3*{ ?G
public abstract void Play(); 3' 6>zp
} Z-j%``I?h
pr-!otz
public class MP3:AudioMedia |5,q54d(K
{ \*w*Q(&3
public override void Play() CLD*\)QD\
{
/m*vY`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); akQtre`5sd
} UkL'h&J~
} f-6E>
Z,,Wo
%)o
public class WAV:AudioMedia T3{qn$t8
{ jX{lo
public override void Play() $wVY)p9Q
{ 2{h9a0b
MessageBox.Show("Play the wav file."); %P9Zx!i>
} AuU:613]W8
} Tr}c]IP*
'gE_xn7j
public class MediaPlayer G";yqG
{ _B|g)Rdv
//根据需要完成任务的单向分派 #,qikKjt2
public void Play(AudioMedia media) TO)wjF_
{ M|`%4vk>
media.Play(); ]?Ru~N}
} *pvhkJ g(
} }qXi;u))
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)。 FUm-Fp
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。 )f'cy@b
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: i@_|18F]`
public abstract class VideoMedia M ~!*PCd5
{ $0K9OF9$
public abstract void Play(); I\DT(9
'E
}
Px K
{{=7 mbc
public class RM:VideoMedia d8
ve$X
{ @v2kAOw[
public override void Play() n|L.dBAs]
{ obX|8hTL%
MessageBox.Show("Play the rm file."); KFC zf_P!
} yZ+o7?(2p
} P*(lc:
'F[Q E9]*
public class MPEG:VideoMedia `)H.TMI
{ q^dI!93n|
public override void Play() ScfW;
{ w];t ]q|
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); iygdX2
} /sdkQ{J!.
} ,)Z^b$H]
Tj*zlb4
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。 -D.6@@%Kc}
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: JT<Ia
>1mCjP
public interface IMedia o,Ew7~u
{ }kXF*cVg
void Play(); wEzLfZ Oz/
} JVTG3:zD
2@ACmh
public abstract class AudioMedia:IMedia F+L q
{ g >-iBxml
public abstract void Play(); K#F~$k|1B
} O*yc8fUI
{q8V
public abstract class VideoMedia:IMedia fX} dh9
{ XX}RbE#4
public abstract void Play(); }
"y{d@
} UmQ 9_H 7
|TEf? <"c
这样再更改MediaPlayer类的代码: \kWceu}H,
public class MediaPlayer )Hlr 09t=]
{ +\.gd L)
public void Play(IMedia media) rMf& HX
{ /1tqTi
media.Play(); jPA?0h
} "W:'cIw
} +69sG9BA
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 4 "wuqr|o
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。 8<?60sj
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。 0Km{fZYq7;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {?BxVDD07
{ |'=R`@w~0
IMedia media = null; K-_e' )22.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) RpS'Tz}
{ pU`Q[HOs
case ("mp3"): v D}y%}
media = new MP3(); WRFzb0;01
break; W/{HZ< :.
//其它类型略; +l&ZN\@0X
case ("rm"): <tgJ-rnL
media = new RM(); [al$7R&
break; 3Xf}vdgdM$
//其它类型略; (D{9~^EO>a
}
; >.>vLF
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); P",~8Aci(
player.Play(media); pt|u?T_+
} kY4riZnm
ep,kImT
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ~++y4NB8Q
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。 H-0A&oG
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。 a{69JY5
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。 (?YTQ8QR
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: +&-/$\"
public interface IMediaFactory (K>5DU
{ `2d ,=.X
IMedia CreateMedia(); PS!f&IY}[.
} ShHm7+fV
n>Q/XQXB
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: eA#J7=eC
public class MP3Factory:IMediaFactory D`r:`
{ [ZOo%"M_Y
public IMedia CreateMedia() <q%buyQna
{ xQ7>u-^
return new MP3(); . v0 .wG
} !1)lGjMW
} Sep}{`u
//其它工厂略; 4 K{4=uU
3(}HD*{E[@
public class RMFactory:IMediaFactory ;VYL7Xu](
{ US0)^TKrj
public IMedia CreateMedia() S#_i<u$$
{ p@NE^aMn
return new RM(); *#+XfOtF
} TQ.d|{B[
} ?fc({zb
//其它工厂略; ^cDHyB=v4d
.0cm
mpUNq
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。 ]6W#P7
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: B.;/N220P
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -`FTWH
{ >j_,3{eJ
IMediaFactory factory = null; TR5"K{WDx
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W !2(Ph*
{ *" >ek k
//音频媒体 Bj;Fy9[yb
case ("mp3"): AnfJyltS
factory = new MP3Factory(); b;Pqq@P|g
break; H)G ^ Y1
//视频媒体 ,57g_z]V
case ("rm"): D#1'#di*t
factory = new RMFactory(); <<@$0RW
break; =sPY+~<o
//其他类型略; k2"Z:\?z
} C5\bnk{
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); aRC>pK.
player.Play(factory.CreateMedia()); |k{?\ (h;
} q4|TwRx~
mfIY7DP
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 Nf%jLK~
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: nUz2~z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @]Aul9.h
{ ;KWR/?ec
IMediaFactory factory = null; #&\^{Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Gc<J x|Q7
{ 5<<e_n.2q
case ("mp3"): <}pqj3
factory = new MP3Factory(); a 9(1 6k
break; ]tanvJG}'
//其他类型略; -z-58FLlO
case ("rm"): /RT3r
factory = new RMFactory(); Xl.h&x0?
8
break; @c,}\"(
//其他类型略; 5^t68
WOl
} Pv1C o:
IMedia media = factory.CreateMedia(); =4/LixsV|
media.Play(); TSt-#c4B
} &$.Vi&{.
Hz`rw\\Xq
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。 B)Hs>Mh|W
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。 ! %S9H2Lv
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。 E%:!* 9
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: .[? E1we
FZ6.<wN
<appSettings> :=UiEDN@
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ,]w-!I
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> @sO*O4os>
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> \5BI!<
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> U{q6_z|c
</appSettings> aEW
Z*y
2[}^ zTtA
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: '""qMRCm
private void InitMediaType() .;u(uB;J6
{ 43W>4fsc
cbbMediaType.Items.Clear(); hY7Q$B<
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) LS{g=3P0
{ zU:zzT}|TZ
cbbMediaType.Item.Add(key); v(3nBZHv_!
} yK+76\} I
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; =3?t%l;n
} "Q`{+|'=E
wO@b=1j
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ;_R;P;<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jJg9M'@2!
{ sZ{Kl\1@
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); =iC5um:
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); [R)?93
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Q*+@"tk<
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”,
w1F7gd
factoryDllName).Unwrap(); :W<aga;J
IMedia media = factory.CreateMedia(); $g$~TuA
w
media.Play(); [CGvM{
} BA' ($D>
,-ZAI b*
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 8XD9fB^
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: Z'6
o$Xv
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 >|KfO>
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!