面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) p}O[A`
;$$.L
bb8
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。 2C_/T8
一、传统过程化设计思想 *Z
C$DW!-
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: f<v:Tg.[
public class MediaPlayer J}3 7 9
{ bO\E)%zp
private void PlayMp3() a>XlkkX
{ T9=55tpG9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m*Q*{M_e
} bf1EMai"
^=V b'g3P~
private void PlayWav() P
gK> Z,
{ 76r RF
MessageBox.Show("Play the wav file."); mj9r#v3.
} NoG`J$D
z;d]=PT
public void Play(string audioType) h,%b>JFo
{ K~ShV
switch (audioType.ToLower()) {m2lVzK
{ mDJN)CX
case ("mp3"): |B/A)(c
yV
PlayMp3(); AEr8^6
break; I-?Dil3
case ("wav"): Jt}0%C3d
PlayWav(); >@wyiBU
break; hAv.rjhw_
} _k2*2db
} tWN hFQ'
} $wx)/t<
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。 /WWD;keP5
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。 s`Z'5J;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! v<c@bDZ>
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。 d0MF\yxh
二、面向对象设计思想 kz+OUA@~
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! qe"t0w|U?
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: 7G<v<&
public class MP3 3'D<'S}[
{ ~Dz`O"X3
public void Play() FSn&N2[D
{ 3A>Bnb
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h8me.=S&
} WC<K(PP
} uw,p\:D&
s#*T(pY
public class WAV [h^>Iq
(Z
{ DsZBhjCB
public void Play() 4OOH
3O
{ pk,]yi,ZF
MessageBox.Show("Play the wav file."); Yf=Puy}q
} 3Sb'){.MT+
} .*zWm
ollk {N
Public class MediaPlayer sq~9
l|F
{ A:-r2;xB
switch (audioType.ToLower()) Ug1n4X3FKn
{ lE@ V>%b
case ("mp3"): d} `Z| ex
MP3 m = new MP3(); 8Q2qroT
m.Play(); a.O pxd
break; p^uX{!
case ("wav"): R<GnPN:c
WAV w = new WAV(); jR[3{ Reo
w.Play(); :s5wFumD
break; 4I97<zmrT
} >|S&@<
} (+^z9p7/!
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。 byW9]('e
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) E0o?rgfdq
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。 9< $n'g
public class AudioMedia ?=\&O=_ln
{ 5i42o+'
public void Play() 71GyMtX
{ #-*#? -
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ^OWA
} '!wI8f
} tDk !]
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)。 2iJ)K rw
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: `$5 QTte
public abstract class AudioMedia :g`j
gn0
{ ][IEzeI_LN
public abstract void Play(); fd<a%nSD
} CC<(V{Png
ZWH9E.uj
public class MP3:AudioMedia -~'{WSJ
{ #rkz:ir4
public override void Play() f*ICZM
{ Z&VH7gi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); x]=s/+Y
} 7ZsBYP8%
} k,mgiGrQ
c\\'x\J7
public class WAV:AudioMedia BS_ 3|
{ AJ0
;wx
public override void Play() ^DWvzfj
{ ]?#E5(V@x
MessageBox.Show("Play the wav file."); % >\v6ea
} >&z=ktB
} sG6ts,={
t(RJc
public class MediaPlayer \69h>h
{ {Hu@|Q\~&
//根据需要完成任务的单向分派 <V~B8C!)
public void Play(AudioMedia media) oY K(=j
{ ~Gz
b^
media.Play(); 8NJxtT~0c~
} *@zh
} 'wg>=|Q5
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)。 "^UJC-
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。 FZ0wtS2
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: +p
Y*BP+~i
public abstract class VideoMedia |*T3TsP u
{ ~g|Z6-?4Jj
public abstract void Play(); B,_/'DneQK
} 1#D &cx6
%\|9_=9Wn
public class RM:VideoMedia {%"n[DLps
{ $q
iY)RE
public override void Play() pr) `7VuKp
{ !G8=S'~~
MessageBox.Show("Play the rm file."); !pqfx93R*
} a
At<36{?
} )#H&lH
T.}wcQf&*
public class MPEG:VideoMedia e@ mjh,
{ `u't
public override void Play() ~fV\
X*
{ ^]cl:m=*
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); '<JNS8h
} D["~G v
} ye-EJDZN
U $2"ZyFii
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 4Ucs9w3[
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: aJ{-m@/5
e}u68|\EC
public interface IMedia Hrk]6*
{ \|gE=5!Am=
void Play(); ]2 7
} )43\q Iu\
0{q>'dv
public abstract class AudioMedia:IMedia 1z6$>{FUR
{ QCD
MRh n
public abstract void Play(); J_|LGrt})
} F+m%PVW:
tpY]Mz[J
public abstract class VideoMedia:IMedia v><c@a=[
{ :]rb} 1nLB
public abstract void Play(); /TndB7l"3
} UD!-.I]
t4P`#,:8
这样再更改MediaPlayer类的代码: xk:=.Qqh
public class MediaPlayer GGQ%/i]:
{ %6%~`((4
public void Play(IMedia media) ~Oc:b>~
{ b4R;#rm
media.Play(); 3 i;sB
} y v58~w*"
} mM $|cge"
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 JH|]B|3
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 @7? O#WmL
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Xt.ca,`U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #hZ`r5GvTj
{ E-`3}"{
IMedia media = null; ++=f7yu
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vmj'X>Q
{ ;}dvc7
case ("mp3"): s?5vJ:M
Xr
media = new MP3(); mp:xR ^5c
break; Z^[
]s1iP}
//其它类型略; Img$D*BM
case ("rm"): 4F`&W*x
media = new RM(); z|$M,?r'
break; BI| TM2oa
//其它类型略; P{K;vEp
} CK"OHjR
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tgVMgu
player.Play(media); 7@1GSO: Yf
} ]i:_^z)R
[2P6XoI#
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 N*`qsv0
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 H,3WdSL`K
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 K0usBA
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 _m.w5nJ
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: x>bGxDtu*
public interface IMediaFactory q21l{R{Y
{ QMhvyzkS
IMedia CreateMedia(); PNs*+/-S
} Xmm)z
bk=ee7E7>
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: LG+2?+tE"
public class MP3Factory:IMediaFactory 0 L$[w
{ KSAE!+
public IMedia CreateMedia() ;I/ A8<C
{ I'E7mb<2
return new MP3(); {ew;
/;
} 4o<rj4G>
} N`HiNb
[
//其它工厂略; [0n[ \&
0
3OB=D{$V
public class RMFactory:IMediaFactory x:6c @2
{ ,(A
$WT@e
public IMedia CreateMedia() YvG=P<_xw
{ TYKs2+S6
return new RM(); B2,c_[UZ.
} q|g>;_
} {ldt/dl~
//其它工厂略; bP Q=88*
^m/7TwD
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ^~;"$=Wf
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: 7|PB6h3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ii&\LJ
{ Z0[d;m*
IMediaFactory factory = null; ]Zz.n5c
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;Rljx3!N
{ ntntB{t
//音频媒体 f#kT?!sP
case ("mp3"): !<3!ORFO
factory = new MP3Factory(); 0Lf4^9N
break; Am!OLGG4
//视频媒体 U38~m}c
case ("rm"): =/!RQQ|8o
factory = new RMFactory(); !pZ<{|cH
break; >r3SF3XMq
//其他类型略; b]gVZ-
} 7Fx0#cS"\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Yi j^hs@eV
player.Play(factory.CreateMedia()); hXh nJ
} DF>3)oTF
4a=QTq0p
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。 Sh2BU3
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: akFT 0@9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7^7Jh&b)/
{ s o1hC
IMediaFactory factory = null; hv`I`[/J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +BVY9U?\"
{ E/zclD5S
case ("mp3"): 6f:u AFwG
factory = new MP3Factory(); );zLgNx,
break; \10KIAQ
//其他类型略; nb.|^O?
case ("rm"): -wT!g;v;%
factory = new RMFactory(); ` {qt4zd0
break; $^_6,uBM[
//其他类型略; .e5d#gE0
} _= cU2
IMedia media = factory.CreateMedia(); jV[;e15+
media.Play(); 8iTB
} !FwNq'Q8$
4f&"1:
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。 ? G`6}NP
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。 )$ h!lAo
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。 J&iSS9c
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: #aQQd8
l8khu)\n4R
<appSettings> la}cGZ; p.
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> fy$?~Ji&
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Eq%f`Qg+1E
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> .1}1e;f-
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 84!Hd.H
</appSettings> UiVGOQq
d_Jj&:"l
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Z5p
[*LMO
private void InitMediaType() Gj?$HFa
{ 6?Kl L [~
cbbMediaType.Items.Clear(); !TivQB
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) l/,la]!T
{ qW`?,N)r
cbbMediaType.Item.Add(key); @C<ofg3E
} &)jq3
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; \1SC:gN*#
} i),bAU!+m
'J$@~P
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 4l7
Ny\J
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) zn>+\
{ d@p#{ -
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ZS%W/.?
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 1_b*j-j
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; :}yT?LIyP
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $}AbR:z
factoryDllName).Unwrap(); Ia<V\$ #
IMedia media = factory.CreateMedia(); )tKSooW
media.Play(); X5\xq+Ih
} e=l:!E10
/z_]7]
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。 'zbvg0 T
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: E#\Oe_eq~N
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 BN `2UVH
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!