面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 3Cpix,Dc
9T\:ID=h
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。 SpkD
一、传统过程化设计思想 9%x[z%06
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: \ZA%"F){
public class MediaPlayer pJqayzV
{ |
.PLfc;
private void PlayMp3() x`$4
{ U7OW)tUf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~
60J
} Tsa&R:SE
9s}--_k?F2
private void PlayWav() h5~tsd}OU
{ W>Zce="_gN
MessageBox.Show("Play the wav file."); #/n\C
} |XQ!xFB
'1d-N[
public void Play(string audioType) yd2ouCUV
{ 8g<3J-7Mm
switch (audioType.ToLower()) ^ H'|iju
{ 9%4rO\q
case ("mp3"): e|`&K"fnq
PlayMp3(); Lm8cY
break; s3q65%D
case ("wav"): _:{XL c
PlayWav();
@521zi
break; zITXEorF!J
} sYvO"|
} mFT[[Z#
} uvT]MgT
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 l?ofr*U&-x
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 DJeG
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! b.$Gc!g
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。 K%S k{'
二、面向对象设计思想 x
ha!.&DO
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! .*8.{n5
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: na <g
/&
public class MP3 8G9V8hS1#B
{ BH=vI<D
public void Play() eI- ~ +.
{ $L?stgU
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &DgIykqN
} 't
wMvm
} pCv=rK@
2+0'vIw}
public class WAV pmfyvkLS
{ C0'Tua'
public void Play() m@OgT<E]_
{ c" yf>0
MessageBox.Show("Play the wav file."); >zXw4=J
} V]IS(U(
} ndN8eh:OR
B6,"S5@
Public class MediaPlayer 9v^MZ^Y{
{ dw'%1g.113
switch (audioType.ToLower()) Kg9REL@,s
{ LTrn$k3}
case ("mp3"): O0wD"V^W
MP3 m = new MP3(); --y.q~d
m.Play(); i4AmNRs
break; Krz[ f
case ("wav"): NFsMc0{
WAV w = new WAV(); <jfi"SJu
w.Play(); u"tv6Qp
break; A2]N :=
} x2;92I{5C,
} RoPz?,u
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。 Yk[yG;W
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9;kWuP>k4u
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。 )'92{-A0
public class AudioMedia pkhZW8O
{ Aqq%HgY:t
public void Play() )t0t*xu#
{ jRzR`>5
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); eo"6 \3z
} 0/;T\9
} +\SbrB P
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)。 "h\{PoG
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: DqbN=[!X~n
public abstract class AudioMedia [K,&s8N5
{ R|Y)ow51
public abstract void Play(); yjc:+Y{5'
} ^qGH77#z
#|)GarDG
public class MP3:AudioMedia C^]bXIb
{ ,Epg&)wC]
public override void Play() mq>Ag
{ "@DCQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $}N'm
} #NwlKZ-
} Sw>AgES
Rax}r
public class WAV:AudioMedia ewD61Y8-
{ !ZHPR:k|
public override void Play() o^2.&e+dQ
{ %/jmQ6z^
MessageBox.Show("Play the wav file."); (yn!~El3
} L3'o2@$
} IKH#[jW'IB
|v:8^C7
public class MediaPlayer i e%ZX
{ -7>vh|3
//根据需要完成任务的单向分派 jmz, 1[
public void Play(AudioMedia media) =D<46T=(RB
{ U5%EQc-"P
media.Play(); lhKd<Y"
} 9["yL{IPe
} :^%My]>T
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)。 Jcy
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。 Jx(%t<2
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: Q];+?Pu.
public abstract class VideoMedia UeX3cD
{ w*OZ1|
public abstract void Play(); D\bW' k]!
} \,oT(p4N%M
x4Y+?2
public class RM:VideoMedia GjfY
{ ?&j[Rj0pH
public override void Play() l0 rZril
{ {eMu"<
MessageBox.Show("Play the rm file."); xLP yV&j-
} 4L(axjMYU
} Kw+?Lowp
n@Y`g{{e~
public class MPEG:VideoMedia /k l0(='
{ \M'b%
public override void Play() \|L@
{ \ 2*<Pq
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); VrrCW/o
} 1)X%n)2pr
}
3_+-t5
`[2nxP>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。 H'P1EZtq
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: z<hy#BIjnd
[}N?'foLb
public interface IMedia :I1)=8lO
{ ?S36)oZzg
void Play(); ke!)C[^7z
} ,g;~:
;Z%ysLA
public abstract class AudioMedia:IMedia AM#VRRTU
{ h)~KD%
public abstract void Play(); }b\e2ZK
} #db8ur3?
kzMCI)>"
public abstract class VideoMedia:IMedia |.0/~Xy-
{ >t20GmmN
public abstract void Play(); Ky[/7S5E
} -yy&q9
b`usRoD{+
这样再更改MediaPlayer类的代码: g>CF|Wj
public class MediaPlayer C7[_#1Oz
{ TwqyQ49
public void Play(IMedia media) 1>[3(o3t
{ @{:E&K1f
media.Play(); *1$rg?yGf
} ~
b!mKyrZ
} Ola>] 0l
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 :MV]OLRM
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 W7c(]
tg.
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 hCD0Zel
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) hHm&u^xY
{ +^iUY%pm
IMedia media = null; By]XD~gcP
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &jT>)MXPu
{ U@@#f;&
case ("mp3"): 2G=Bav\n+
media = new MP3(); .9#4qoM'
break; )O#]Wvr
//其它类型略; 4L 85~l
case ("rm"): mVcpYyD|k
media = new RM(); 5wmH3g#0
break; S#8wnHq
//其它类型略; Xai ,
} 1Thr74M
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;EP 7q[
player.Play(media); L= O,OS+
} ;]D@KxO$dJ
tV<}!~0,*
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
?}e8g
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。 Og4 X3QG
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。 9OuK}Ssf
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。 KJo[!|.
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: AU)"L_
i}
public interface IMediaFactory ~}q"M[{
{ N)K};yMf
IMedia CreateMedia(); >Vy=5)/i
}
o3 P`y:&
QrDzfe[
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: :DXkAb2
public class MP3Factory:IMediaFactory +AhR7R!
{ O8(;=exA
public IMedia CreateMedia() I\&..e0l
{ q(M[ij
return new MP3(); .h~M&d!
} qAUqlSP5
} P%z\^\p"5
//其它工厂略; T^B&GgW
}QU9+<Z[r
public class RMFactory:IMediaFactory }L^Yoq]
{ >"q0"zrN,
public IMedia CreateMedia() ^hv
{ .+t{o[
return new RM(); ^W5rL@h_
} ~aQ>DpSEf
} 6a[D]46y,2
//其它工厂略; kSv?p1\@&P
$qYtN`b,
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 d/!sHr69
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: iT1"Le/N
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c[}h( jkP
{ .;ml[DXH
IMediaFactory factory = null; gQ3Co ./
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O@{ JB
{ :0$(umW@I"
//音频媒体 yw^t6E
case ("mp3"): mf=, 6fx28
factory = new MP3Factory(); =K I4
break; RXh0hD
//视频媒体 k!H;(B"s-
case ("rm"): /6B!&b2f
factory = new RMFactory(); @a#qq`b;
break; $IX>o&S@|
//其他类型略; QDYS}{A:V
} WCA`34(
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 9:4PJ%R9
player.Play(factory.CreateMedia()); `e .;P
} ^)<>5.%1''
;ob-'
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。 [7q~rcf,Z
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: Ap9CQ h=!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B;XFPQ#b
{ 4j|]=58
IMediaFactory factory = null; fIN8::Cs[
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >gM|:FG
{ V|zzj[c
case ("mp3"): I gcVl/d
factory = new MP3Factory(); 3Wxl7"!x m
break; b)9bYkd
//其他类型略; wUHuykF
case ("rm"): `Jhu&MWg
factory = new RMFactory(); ~z#Faed=a
break; A^
$9[_
//其他类型略; aF2eGh
} m663%b(5>
IMedia media = factory.CreateMedia(); u`dWU}m)
media.Play(); y K)7%j!
} 3GUO
7GY[l3arxv
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。 v^2K=f[nE
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。 A<2_V1
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。 :A
$%5;-kO
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: |C?<!6.QmV
<use+C2
<appSettings> I&Q.MItW
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Pwf2dm$,+
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ^$f}s,09
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> |(N4ZmTm
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> dDbPM9]5
</appSettings> 2LGeRw
J@C8;]
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: |V bF&*v`
private void InitMediaType() rD<G_%hP
{ P0uUVU=B|
cbbMediaType.Items.Clear(); Sq8 `)$\
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 8`XpcK-0
{ zRN_`U
cbbMediaType.Item.Add(key); 0^nnR7
} mG@xehH
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; W=41jw
} \_}Y4
TV\21
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ?VS (W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ; S7
%
{ Uq `B#JI
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); b7Jk{x #u
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); qFp }+s
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; (|L0s)
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, M%pxv6?""{
factoryDllName).Unwrap(); {%X /w'|
IMedia media = factory.CreateMedia(); }eb}oK
media.Play(); z40uY]Ck
} +168!Jw;
W(a31d
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。 ;W,XP#{W
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: \M(0@#-$C
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Eh&*"&fHR
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!