面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) "$aoI Xv
a4gX@&it_k
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 O;5lF
一、传统过程化设计思想 HOF=qE*p
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: j@w1S[vt
public class MediaPlayer 9UVT]acq
{ #@xB ?u-0q
private void PlayMp3() /[D_9
{ 0AdxV?6z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 89;@#9
} 6Ol9P56j
H9PnJr8 \
private void PlayWav() 1q@R04i
{ 4P"bOt5izR
MessageBox.Show("Play the wav file.");
jr_z
?
} f0j]!g
"*.N'J\
public void Play(string audioType) }r! +wp
{ t=xEUOQAn
switch (audioType.ToLower()) dq`{fqGl
{ z#ki# o
case ("mp3"): =4co$oD}
PlayMp3(); u '/)l}
break; 11YJW-V
case ("wav"): KYtCN+vsG
PlayWav(); *i^$xjOa
break; DU$#tg}{
} ZQ+DAX*MS
} ooUVVp
} lZ.lf.{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。 TH'8^w f
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。 [A/2
M s
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! VOZxLyj^9
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。 w5{l-Z
二、面向对象设计思想 d+,!p8Q
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! ;nP(S`'
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: 5cinI^x)f
public class MP3 :;yrYAyT3
{ }O>1tauI
public void Play() `G/g/>y
{ [M,4qe8,}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `D
|/g;
} 77yYdil^W+
} iiMS3ueF
bTmhz
public class WAV nEd
"~
{ R"V90b Cf
public void Play() *bf 5A9
{ <{Y3}Q
MessageBox.Show("Play the wav file."); NRJp8G Z%U
} DE?k|Get2
} Qd
kus214
QfAmGDaYQ
Public class MediaPlayer _^#eO`4"
{ +cqUp6x.
switch (audioType.ToLower()) q,@#
cQBV
{ wCg7JW#
case ("mp3"): $ %MgIy
MP3 m = new MP3(); 2O
Ur">_
m.Play(); R$hIgw+p[
break; Ih|4ISI
case ("wav"): [)s4:V
WAV w = new WAV(); gmbRH5k
w.Play(); v$Fz^<Na
break;
T`fT[BaY
} #jg-q|nd
} bUm%#a
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。 jaodcT0
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) IRx%L?
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。 7$Z_'GJ]1C
public class AudioMedia 5(J?C-Pk
{ D^6iQW+.P
public void Play() ,o%by5j"^N
{ V~j^
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); OxGfLeP.R!
} >fI\f <ez
} UWC4PWL,>C
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 YR-G:-(#b
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: h`\$8oV
public abstract class AudioMedia UHvA43
{ lWj*tnnn[
public abstract void Play(); 7)jN:+4N
} 6[k<&;
TS9<uRO0
public class MP3:AudioMedia (LmU\ Pe%
{ cYK:Y!|`F
public override void Play() mI,lW|/l,
{
M-i3_H)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); y!P!Fif'
} SR?mSpq5
} 2e%\aP`D2
*cXq=/s
public class WAV:AudioMedia ZBpcC0
z
{ 5H
XF3
public override void Play() c.Sd~k:3
{ |YROxY"ML
MessageBox.Show("Play the wav file."); >P~*@>e
} *{#C;"
} !' ^l}K>
zu{K"7Bx
public class MediaPlayer p4f9v:b[
{ 7Qd$@ m
//根据需要完成任务的单向分派 xH:L6K/c
public void Play(AudioMedia media) /Q(boY{
{ ZN$%\,<
media.Play(); sk3 9[9
} AJEbiP
} ]dNNw`1\V
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)。 ptT-{vG
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。 yPtE5"(o
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: ]#f%Dku.m
public abstract class VideoMedia E7iAN\vo
{ D
tZ?sG
public abstract void Play(); Jk(V ]
} __9FQ{Ra
EQ~<NzRp=
public class RM:VideoMedia kh.P)h'9
{ XyN
" Jr
public override void Play() pZ|{p{_j
{ 8+|W%}
MessageBox.Show("Play the rm file."); "JSIn"/
} Cwls e-
} /A,w{09G
)1#/@cU
public class MPEG:VideoMedia l%_K$$C
{ zTB&Wlt
public override void Play() 8]`#ax
5
{ RR[zvH} E
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); >"!ScYn
} &j1-Ouy
} J1I,;WGf
_"@:+f,
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。 q{9 \hEeb
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: [G$ #jUt/O
4t(/F`
public interface IMedia b;jdk w|
{ ;:
_K,FU
void Play(); K\9CW%W
} k/{WlLN
I?g}q,!]
public abstract class AudioMedia:IMedia 2
G_KTYJ
{ 8&8!(\xv
public abstract void Play(); !@Qk=Xkg
} 7OmT^jV2
>R]M:Wx
public abstract class VideoMedia:IMedia ZAfuW^r
{ _2G _Io
public abstract void Play(); k)7i^1U
} ^7+;XUyg
`$JvWN,kB
这样再更改MediaPlayer类的代码: '(B -{}l
public class MediaPlayer )/'WboL
{ o+{,>t
public void Play(IMedia media) 9pnOAM}
{ FhUi{`
media.Play(); 8WQ#)
} _1E c54D
} B,%6sa~I
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 C8|Ls(4Ck
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。 ?:9y
!Q=
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。 ;6PU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) G@ot^n3
{ >I4BysR
IMedia media = null; 9*s8%pL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) THQ #zQ-
{ -(TC'
case ("mp3"): 4dFr~ {
media = new MP3(); =JE<oVP8
break; ]pe7I
P
//其它类型略; TM6wjHFm
case ("rm"): m]U
media = new RM(); ":+d7xR?o
break; ?9{^gW4|
//其它类型略; vaF1e:(
} s:6K'*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j7&#R+f
player.Play(media); yT OZa-
} DI8I'c-P
l=XZBe*[g'
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 A<c<!N
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。 'L O3[G{
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。 BTr
oe=R
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。 X~VI} dJ
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: PH%t#a!j3/
public interface IMediaFactory LI}e_=E
{ r&R~a9+)
IMedia CreateMedia(); UUWRC1EtI
} 2&S^\kf
{91Y;p
C
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: ^NU_Tp:2^
public class MP3Factory:IMediaFactory YvG$2F |_)
{ 4ZUtK/i+r
public IMedia CreateMedia()
j7_,V?5z
{ e^q^AP+*
return new MP3(); XO?WxL9k]
} hb8oq3*x
} PYi<iSr
//其它工厂略; ?pJ2"/K
2d|^$$#`
public class RMFactory:IMediaFactory :1f,%Z$,q
{ 2|ee` "`
public IMedia CreateMedia() ^-?^iWQG
{ %6lGRq{/?
return new RM(); ).,twf58
} .6[8$8c
} :I?lT2+ea
//其它工厂略; oD2! [&
g,YF$:e
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。 + rB3\R"d
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: ]2"UR_x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T@vE@D
{ =zAFsRoD_B
IMediaFactory factory = null; \``w>Xy8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?-&k?I
{ )ty>{t
//音频媒体 &/' O?HWl
case ("mp3"): dh{py
factory = new MP3Factory(); '$yy
break; A-vYy1,'
//视频媒体 &28n1
case ("rm"): ()i!Uo
factory = new RMFactory(); I*)eP||
break; mkmVDRK
//其他类型略; ^l/$ 13=
} UwxrYouv~@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /%GMbO_
player.Play(factory.CreateMedia()); _A/ ]m4
} 6ypqnOTr
?|9$o/Q}
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 EMejvPnZO
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: &gR)bNIC_=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) H}c, P('
{ }"?KHy
IMediaFactory factory = null; %z0@4Gq
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !P26$US%P
{ |]H2a;vUJR
case ("mp3"): Wh>Y_ k
factory = new MP3Factory(); 9qQFIw~S
break; @V-CG!
//其他类型略; &_E*]Sj\
case ("rm"): #0 WO~wL
factory = new RMFactory(); HCifO
break; ,P d2ZfZ
//其他类型略; [%8+Fa~Wa
} "]`QQT-{0
IMedia media = factory.CreateMedia(); DDhc ^(
media.Play(); j{'@g[HW
} gB@Wv91
.tb~f@xL
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。 ARu^hz=
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。 5+O#5"v_
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。 4[&6yHJ^
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: ",rA
u$[T8UqF
<appSettings> ~1h-LbFI2
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> =kLg)a |
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> SwuadN
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ;"nEEe]?
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> HnqZ7%jeN
</appSettings> U-s6h;^O
3^us;aOr
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: f i!wrvO
private void InitMediaType() o&~z8/?LA
{ Q\:'gx8`
cbbMediaType.Items.Clear(); {w^flizY
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) V*'9yk"
{ E|Grk
cbbMediaType.Item.Add(key); `czXjZE
} Zy7@"C
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 2s6Hr;^w.1
} VuZmX1x)N
Ck.GN<#-^P
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: (|5g`JDG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q#Qr@Jf
{ GW{Nc!)
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); TniZ!ud
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Rb~Kyy$
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; I|O~F e.
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, j`'=K_+nU
factoryDllName).Unwrap(); ._tv$Gd@k
IMedia media = factory.CreateMedia(); }u+R,@l/
media.Play(); e:V,>RbC0s
} ]@?3,N
tXKhkt`
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。 y9)l,@D
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: Qw5M\
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 h=4{.EegG&
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!