面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) WWc{]R^D
lzfaW-nu
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。 OYgD9T.8^
一、传统过程化设计思想 3F[z]B
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: m/JpYv~
public class MediaPlayer EP'2'51
{ B:a&)Lwp0
private void PlayMp3() %[-D&flKC
{ Sh*LD
QL<?
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /{d7%Et6
} fZ]Y
H{E223
private void PlayWav() d5\w'@Di
{ c@~\ FUr
MessageBox.Show("Play the wav file."); 7z)Hq./3@
} BE:HO^-.1
; GRSe
public void Play(string audioType) #)tt}GX
{ 7*M+bZ`x
switch (audioType.ToLower()) ckBcwIXlP&
{ 8U*}D~%!
case ("mp3"): siZ w-.
PlayMp3(); X.}:gU-
break; O2us+DhQ
case ("wav"): lSUEE0V%Q
PlayWav(); Jp!Q2}
break; VjBV2 x
} C3u/8Mrt7
} )Pakb!0H@t
} lDnF(
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。 sikG}p0mx<
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。 =m:xf&r#
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! xD,BlDV
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。 "b8<C>wY
二、面向对象设计思想 z^T/kK3I
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! :&HrOdz
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: _)yn6M'Dt
public class MP3 vXAO#'4tm%
{ 6UG7lH!M
public void Play() 7MZBU~,r
{ '0[D-jEr
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E;*#fD~@
} SHOg,#mV
} DFQp<Eq]7
y9{KBM%h
public class WAV ?"N,do
{ Q35$GFj"jD
public void Play() Waj6.PCFm
{ X&8&NkH
MessageBox.Show("Play the wav file."); oa? bOm
} <xKer<D
%
} ) kfA5xi[
WId"2W3M
Public class MediaPlayer NBwxN
{ SS[jk
switch (audioType.ToLower()) GF*8(2h2
{ X9K@mX
case ("mp3"): T
]hVO'z
MP3 m = new MP3(); g'ha7~w(p
m.Play(); s3>,%8O6
break; ]+<[D2f
case ("wav"): R?b3G4~
WAV w = new WAV(); 1N{}G$'Go
w.Play(); 5 >S#ew
break; _HW~sz|
} Aw~
=U!
} rU=qr&f"B
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。 RZ-=UIf
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) w=Ac/12
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。 :hr% 6K7
public class AudioMedia dlmF?N|EC
{ 47 xyS%X
public void Play() umhg
O.!
{ @E
%:ALJ
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); T"xq^h1\
} *pK bMG#
} 8/F}vfKEN
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~T5Ck
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: d]{wZ#x
public abstract class AudioMedia l2vIKc
{ dmI~$*
public abstract void Play();
+:k Iq
} b;G3&R]
-c|dTZ8D)8
public class MP3:AudioMedia AiKja>Fl<
{
V`7
public override void Play() I
.jB^
{ 5Iine n3>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N4]QmRX/j
} Fk=Sx<TX
} QVLv}w`O
h\| ~Q.kG
public class WAV:AudioMedia ^YG'p?r.s
{ (k/[/`3ST
public override void Play() `Sgj!/!F
{ "Zm**h.t
MessageBox.Show("Play the wav file."); & mwQj<Z
} P'%#B&LZo
} dO]N&'P7
R+{QZ'K.qg
public class MediaPlayer 1W3+ng
{ Wi7!J[ B
//根据需要完成任务的单向分派 :0@R(ct;>
public void Play(AudioMedia media) /e5' YVP
{ cq:<,Ke
media.Play(); zG-pqE6
} #gn{X!;-;
} _3@[S
F
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)。 DQ%bcXs
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。 [A~n=m5H
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: zwJB.4@
public abstract class VideoMedia (=&z:-52V
{ dpG l
public abstract void Play(); 1<|\df.
} -KV)1kET
sNB*S{
public class RM:VideoMedia vd<r}3i*
{ X!H[/b:1O
public override void Play() @jh\yj rW
{ (bhMo^3/*
MessageBox.Show("Play the rm file."); %G6Q+LMwm
} %!DdjC&5*
} A c^hZ.qPz
N;Hoi8W
public class MPEG:VideoMedia >A&D/kMO
{ @}9*rWJIE
public override void Play() 3DjlX*
{ WxPu{N
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); *^[m?3"W
} *<r\:g
} P+ejyl,
#h=pU/R
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。 a|}v?z\
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: @S?`!=M
/Ne;Kdp
public interface IMedia $ljzw@k
{ Nm{|
void Play(); [A jY~
} PmjN!/
/UWv}f
0
public abstract class AudioMedia:IMedia 5>r2&72=
{ `L~gERW#
public abstract void Play(); lZ,w#sqbY
} 7QSrC/e
,:[\h\5m
public abstract class VideoMedia:IMedia 0G;
b+
{ g\.O5H9Od
public abstract void Play(); \d-H+t]
} vw~=z6Ka
~ eNKu
这样再更改MediaPlayer类的代码: |)KOy~"
public class MediaPlayer V2B@Lq"9`
{ kB#;s
public void Play(IMedia media) %*bGW'Cw
{ TmviYP gb
media.Play(); (V(8E%<c
} mETGYkPUa
} G/
sRiwL
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 <@.!\
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。 \u4`6EYF?
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。 >DM^/EAG{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a~*wZJ
{ ^7Z#g0{^w
IMedia media = null; 2I[(UMI$7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z:1"d
R
{ R)ep1X^
case ("mp3"): 6Pp3*O`/V
media = new MP3(); %2@O,uCo@
break; ?3#L?Cq
//其它类型略; }1kZF{KD<[
case ("rm"): }Y~<|vZ
media = new RM(); <nvzNXql
break; \+Nn>wW.
//其它类型略; -3GlpC22
} q2+`a;_S
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); "?AJ(>wP
player.Play(media); fphi['X
} 4s@oj
ptQCqQ1_d
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 61SbBJ6[
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。 =w;~1i%.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。 ~J:qG9|]}
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。 zhZ!!b^6<
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: @@W-]SR
public interface IMediaFactory mYx6JU*`
{ b[U;P=;=
IMedia CreateMedia(); B;64(Vsa8
} 0<[g7BbR
vJ?j#Ch
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: \x=j
public class MP3Factory:IMediaFactory Bo+Yu(|cL
{ ooA%/
public IMedia CreateMedia() B<{Yj}..
{ Oh=E!
return new MP3(); GIM'H;XG
} #O1%k;BL
} mS?W+jy%
//其它工厂略; dbG902dR
G2
0
public class RMFactory:IMediaFactory T9NTL\;
{ IY,n7x0d
public IMedia CreateMedia() 0'Uo3jAB
{ GR,gCtG+L
return new RM(); jn]:*i;i
} 7Z<
2`&c7
} ubs>(\`q"
//其它工厂略; ]KM3G
#z#`EBXV$6
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。 v"YaMbu
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: Gd Vrl[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YH,u*.I^/
{ GL-Pir
IMediaFactory factory = null; nN%Zed2O@6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) =3;~7bYO
{ $DeVXW
//音频媒体 h f{RI 4Jc
case ("mp3"): X?aj0# Q
factory = new MP3Factory(); o`M.v[O
break; 9GgXX9K
//视频媒体
QB5,Vfoux
case ("rm"): aZ'(ar:
factory = new RMFactory(); |hD)=sCj
break; ^&7gUH*v
//其他类型略; [:M Fx6
} 2-dEie/{'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ja&S^B^@
player.Play(factory.CreateMedia()); ` InBhU>
} h4E[\<?
8}Cp(z2
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 AhU
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: HhB&vi
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "IJ 9vXI
{ tjJi|
IMediaFactory factory = null; 63SmQsv
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +W+o~BE
{ Hto+spW
case ("mp3"): PUEEfq!%
factory = new MP3Factory(); 4Z0Y8y8)
break; wCt!.<, .
//其他类型略; 3Ct)5J
case ("rm"): 06NW2A%wv
factory = new RMFactory(); aL|a2+P[`q
break; PouWRGS_
//其他类型略; 2gJkpf9JN
} c7@[RG !
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y'O3RA5E
media.Play(); x"~gulcz
} *?~&O.R"
]--"
K{
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 2CRgOFR
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 y4%[^g~-
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ,56objaE
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: `Y,<[ Lnr
6&KcO:}-
<appSettings> ^wD@)Dz
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> RG6U~o1
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> M.K%;j`
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ;Dp<|n
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ] p*Fq^
</appSettings> /DX6Hkkj %
"b[w%KYyl
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: O4oI&i 7
private void InitMediaType() nEgYypwr
{ t_hr$ {
cbbMediaType.Items.Clear(); ^Is#_Z|
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Z$y~:bz
{ $O9,Gvnxx
cbbMediaType.Item.Add(key); aucG|}B
} %
U|4%P
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; [orS-H7^
} )\+1*R|H}
"H|hN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ;:aCZ8e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Su]p6B
{ |W*i'E
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); xeW}`i5_w
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); evlz R/
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -DWnDku8=
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, CD pLV:
factoryDllName).Unwrap(); \@$V^;OP/
IMedia media = factory.CreateMedia(); zhVkn]z~*
media.Play(); Qsg([K
} wZb77
EttQ<z_T
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。 ;mwU>l,4
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: -J^t#R^$`
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 s!?T$@a=
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!