面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) O]>9\!0{
VHwb 7f]gq
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。 @]P#]%^D2
一、传统过程化设计思想 !#j
y=A
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$QN>wPpM
public class MediaPlayer 92!1I$zi
{ eQ`TW'[9_6
private void PlayMp3() {XH!`\
{ W+36"?*k3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); smvIU0:K
} 3>YG
)w(-Xc?P
private void PlayWav() F^.w:ad9<
{ j hf%ze
MessageBox.Show("Play the wav file."); OD7tM0Wn
} /\34o{
J}U); A
public void Play(string audioType) X`xmV!
{ d.Wq@(ZoA
switch (audioType.ToLower()) DjY&)oce(
{ l/0"'o_0v#
case ("mp3"): uJ<nW%}
PlayMp3(); 3Kuu9<0
break; qn)
VKx=
case ("wav"): ~R^~?Y%+<
PlayWav(); OXcQMVa
6
break; nAIV]9RAZ%
} YHBH9E/B
} I/4:SNha
} 9RA~#S|(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。 qd$Y"~Mco
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Y~z3fd
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! _`3'D`s
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 zURxXo/\V
二、面向对象设计思想 XTboFrf
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! r9nH6 Md\
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: _+Tq&,_:o
public class MP3 RW| LL@r
{ L3}n(KAJj
public void Play() U8TH} 9Q
{ }]O*
yFR{j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); L&h@`NPO a
} uP|Py.+
} ' cM2]<
ZqT8G
public class WAV =AEl:SY+
{ 3"v
k$
public void Play() 99W-sV
{ c%|K
x
MessageBox.Show("Play the wav file."); _cPGS=Ew
} st~
1[in
} }E[u" @}
+,oEcCi
Public class MediaPlayer *B<Ig^c
{ 4}0DEH.Vx
switch (audioType.ToLower()) &n6'r^[D
{ hd+(M[C<9
case ("mp3"): /~sNx
MP3 m = new MP3(); 5:S=gARz
m.Play(); OYnxEdo7
break; $y%X#:eLJ
case ("wav"): Vo1,{"k
WAV w = new WAV(); d_t>
w.Play(); f3r\X
break; 8w,+Y]X<P[
} U&F1}P$fb
} =f48[=
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。 d,%e?8x5
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Kjw==5)}
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。 ~7CQw^"R@
public class AudioMedia 8{0=tOXx{
{ &Tc:WD
public void Play() FYOQ}N
{ {@1;kG
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 0`WjM2So
} 'gBGZ?^N!U
} V_'!#
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)。 F!k3/z
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: E&;[E
public abstract class AudioMedia ""~b1kEt
{ a:q>7V|%$
public abstract void Play(); )GT*HJR(vc
} 9+i rf^D`O
^l,(~03_
public class MP3:AudioMedia _cRCG1CJ
{ Xu.Wdl/{Ra
public override void Play() E=*82Y=B
{ <w,NMu"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kv!QO^;^Y
} %>];F~z
} g3 6:OK"
+6zW(Ql/
public class WAV:AudioMedia Pv#Oea?
{ "V=IG{.
public override void Play() 24g\xNnt
{ *\-$.w)k
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZXJ]==
} mBwM=LAZ
} KD<smwXjG
C{*' p+f
public class MediaPlayer 04j]W]8#
{ *jf%Wj)0M
//根据需要完成任务的单向分派 Sux/='
public void Play(AudioMedia media) W>E/LBpE4
{ &g.do?
media.Play(); JI3x^[(Z
} !&eKq?P{j
} x]Pp|rHj
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 xCQLfXK7
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 *HONA>u
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: )K}-z+$)k
public abstract class VideoMedia 3>'TYXs-
{ L*8U.{NY
public abstract void Play(); R/WbcQ)
} c98^~vR]]
/ucS*m:<x
public class RM:VideoMedia \[J\I
{ 8}?wi[T
public override void Play() Bjp4:;Bb
{ "!B\c9q
MessageBox.Show("Play the rm file."); n~Yr`5+Z
} KY'x;\0
g
} c;B: o
9_b_O T
public class MPEG:VideoMedia u9*7Buou^
{ 5-RA<d#
public override void Play() .WVIdVO7
{ 8+,I(+
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); lD#S:HX
} }Pm;xHnf&
} Djr/!j
pV(qan,
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。 m##_U9O
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: i )!+`w*Y
m7|S'{+!
public interface IMedia =.]{OT
{ ]p@q.P
void Play(); '!"rE1e
} +7mUX
}F';"ybrU)
public abstract class AudioMedia:IMedia xqpq|U
{ m2\[L/W]
public abstract void Play(); +&4@HHU{G
} +[`
)t/
98Y1-Z^ .
public abstract class VideoMedia:IMedia aQj"FUL
{ 8xt8kf*k
public abstract void Play(); JYR^k=
} f%/6kz
8K9RA<
这样再更改MediaPlayer类的代码: 7po;*?Ox
public class MediaPlayer }p>l,HD
{ bHg 0,N
public void Play(IMedia media) zXW;W$7V4
{ re fAgS!=q
media.Play(); ujLje:Yc
} zgl$ n
} |F +n7
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ui80}%
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。 6Z5$cR_vC7
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 -XfGF<}r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -FS!v^
{ t9r
R>Y9
IMedia media = null; T>irW(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \rY\wa
{ H<"EE15
case ("mp3"): QN;GMX5&
media = new MP3(); n5Mhp:zc,
break;
&MBm1T|Y
//其它类型略; 7#j9"*
case ("rm"): \Rw^&;\1
media = new RM(); Pf~0JNnc
break; c~= {A
//其它类型略; mr,GHx
} t$PJ*F67M
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lNMJcl3
player.Play(media); \[
W`hhJ
} 65GC7 >[
PHMp,z8
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 _ucixM#
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。 ; hU9_e
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。 ,=2)1I]
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。 o\qeX|.70
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: gX(8V*os^
public interface IMediaFactory Q6n8 ,2*
{ MfraTUxIo/
IMedia CreateMedia(); 1pqYB]*u_
} }OSf C~5P
oJZ0{^
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: &zPM#Q
public class MP3Factory:IMediaFactory o3`0x9{
{ &{8[I3#@
public IMedia CreateMedia()
GYonb)F
{ 5a/3nsup5
return new MP3(); u@aM8Na
} &<) _7?
} KF7d`bRe
//其它工厂略; <#~n+,
1(kd3qX
public class RMFactory:IMediaFactory p+2uK|T9
{ P.~sNd oJ
public IMedia CreateMedia() 7KtgR=-Lb
{ 7>gW2m
return new RM(); >P6U0
} x!onan
} hG3RZN#ejq
//其它工厂略; lb]k"L%KU7
]xhH:kW4
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。 5d|+ c<
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: vf`]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $-)y59w"
{ x_EU.924uY
IMediaFactory factory = null; UL" <V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,->
P+m5
{ 94XRf"^
//音频媒体 u[!Ex=9W
case ("mp3"): ]o_E]5"jO
factory = new MP3Factory(); tI2p-d9B
break; sk. rJ
//视频媒体 Q1
vse
case ("rm"): (7v`5|'0
factory = new RMFactory(); s_,&"->
break; UKSI"/8I
//其他类型略; wJF$<f7P
} |nO}YU\E
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 5gPAX $j H
player.Play(factory.CreateMedia()); ;<`
} P+3)YO1C
=`%%*
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。 m$$98N
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: ~K|o@LK
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <lLk(fC
{ J15$P8J
IMediaFactory factory = null; M~!LjJg;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) q}5&B=2pM
{ II_MY#0X
case ("mp3"): ;"GI~p2~7
factory = new MP3Factory(); k?=V?JWY
break; P^*gk P
//其他类型略; ]%%cc
case ("rm"): /t?(IcP5
factory = new RMFactory(); gClDVO
break; sfNAGez
//其他类型略; RrqZ5Gonj
} +<I1@C
IMedia media = factory.CreateMedia(); 8|,-P=%t
media.Play(); oDas~0<oh
} Qod2m$>wp}
K#{E87G(
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。 !PrO~
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。 Ljxn}):[
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。 #Ryu`b
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: IN]bAd8"
IA;KEGJ
<appSettings> Qs{Qg<}
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> UoxF00H@!
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> K+mtuB]yr
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> HIeMV,.QN
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> {1YT a:evl
</appSettings> 9tC8|~Q
;h3*MR
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: tg5jS]O
private void InitMediaType() Gb\7W
{ w }2|Do$5
cbbMediaType.Items.Clear(); jIc;jjAF
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) .]H]H *wC
{ S8vmXlD
cbbMediaType.Item.Add(key); JnY3]
} T[q-$8U
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; MgMLfgt"V
} )3B5"b,
|_2ANWHz
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 3]Lk}0atpL
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5\Y/s o=
{ t1Khf
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); e#HP+b$
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); khv! \^&DD
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; (Fgt #H(B
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, X)f"`$
factoryDllName).Unwrap(); Z#MODf0H@
IMedia media = factory.CreateMedia(); g&E_|}u4
media.Play(); .DvAX(2v
} 4l`gAE$
H@j ^,
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。 /l$noaskX
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: }lb.3fqiA
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ^:)&KV8D|
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!