面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) C 5)G^
IsnC_"f
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。 vW YN?"d
一、传统过程化设计思想 dHd{9ftyF
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: bzB9u&
public class MediaPlayer ?XW+&!ar
{ +| Cvv]Tx1
private void PlayMp3() /5zzzaj{
{ h*d&2>"0m?
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); WS2TOAya)
} $+V{2k4X,
vmW4a3
private void PlayWav()
%~$4[,=
{ Ml0d^l}'
MessageBox.Show("Play the wav file."); [wIyW/+
} #YhKAG@|
_mFb+8C
public void Play(string audioType) D~8f6Ko"m
{ 7|"11^q
switch (audioType.ToLower()) G}] ZZ
{ w;{k\=W3Ff
case ("mp3"): v)rN]b]
PlayMp3(); 7r*>?]y+
break; Lf7iOW9U3
case ("wav"): A5
8i}G9
PlayWav(); b!_l(2
break; gy~M]u{
} m,]Tl;f
} F'|,(P
} 7.akp
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。 YHCXVu<.b
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。 e#&[4 tQF
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! $?I^Dk
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。 Q;5aM%a`
二、面向对象设计思想 LOe!qt\&
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! bNIT 1'v
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: xI_WkoI
public class MP3 213D{#2
{ AB+Zc
]
public void Play() Cg )#B+
{ s7T=/SC54
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _czLKbcF
} 2c9@n9Vx3a
} O(WFjmHx
xAz gQ
public class WAV ;
Sh|6
{ ChGwG.-%L
public void Play() zM[WbB+"m
{ v-OGY[|97
MessageBox.Show("Play the wav file."); Tz%l9aC
} KLAnW#
} +$8hTi,
`qs'={YtU
Public class MediaPlayer ?55('+{l
{ ^JYR^X>_
switch (audioType.ToLower()) TSE(Kt
{ B(b[Dbb
case ("mp3"): V<ODt%
MP3 m = new MP3(); 4+l7v?:Pr
m.Play(); =U|J{^ >I
break; vR+(7^Yy
case ("wav"): ho^1T3
WAV w = new WAV(); {"4t`dM
w.Play(); mb\vHu*53
break; q@Q|oB0W$)
} MV=.(Zs
} ^_2Ki
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。 Mzxz- cE
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) x1A^QIuxO
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。 =X+DC&]%!
public class AudioMedia hRc\&+#/
{ S7N54X2JwL
public void Play() 1F[;
)@
{ jzzVZ%t
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); !j7b7<wR
} G)b ]uX
} Eb{TKz?
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)。 7g(rJGjtg
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: G-,PsXSwe
public abstract class AudioMedia t7)Y@gRy
{ ?]5wX2G^|J
public abstract void Play(); lzuPE,h
} ?\^u},HnE|
?8vjHEE
public class MP3:AudioMedia }8x[
{ I0OsaX'
public override void Play() XUMCz7&j
{ QRt(?96
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); XV+BSW7}
} >E)UmO{S
} _$Z46wHmB
TR
]lP<m
public class WAV:AudioMedia 5!y3=.j
{ })&0e:6
public override void Play() ijoR(R^r
{ U*1~Zf
MessageBox.Show("Play the wav file."); (y(V,kXwa8
} 0}P&G^%"
} C'zMOR6c
N#ex2c
public class MediaPlayer BB>7%~3f
{ wBeOMA
//根据需要完成任务的单向分派 9rA3qj%
public void Play(AudioMedia media) q$EVd9aN
{ C ,fIwqOr3
media.Play(); F}.Af=<Q
} " I _T
} -,XS2[
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)。 uy`U1>
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。 pCpj#+|_)
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: ?w<x_Lo
public abstract class VideoMedia u#
%7>=
{ )Hev-C"
public abstract void Play(); hXMC!~Th
} iB]kn(2C
b*p,s9k7
public class RM:VideoMedia ;gW~+hW ^
{ %t<Y6*g
public override void Play() .X:{s,@
{ tQ|b?3
MessageBox.Show("Play the rm file."); KP:O]520
} MfYe @;m
} `5q`ibyPI
B]]M?pS
public class MPEG:VideoMedia Dvx"4EA{7{
{ =8tduB
public override void Play() 0udE\/4!^
{ yM#W,@
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 4|Y0$(6o
} lgnF\)
} *riGi
7:1Hgj(
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。 )hQ`l d7B
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: +vYm:
?]P&3UU>0z
public interface IMedia h\.UUC&<
{ A:p0p^*
void Play(); 5[Q44$a{
} ]k,fEn(
I7[+:?2
public abstract class AudioMedia:IMedia (tVY
/(~#
{ ("{AY?{{
public abstract void Play(); -iJ[9O
} y XS/3_A{
8fDnDA.e
public abstract class VideoMedia:IMedia bk>M4l61
{ L8ZCGW\Rr
public abstract void Play(); .t~I[J\<
} KUly"B
_$, .NK,6
这样再更改MediaPlayer类的代码: bBDgyFSI<
public class MediaPlayer H5qa7JMZ
{ \(;5YCCE
public void Play(IMedia media) 1"!<e$&$X
{
o>W}1_
media.Play(); x^C,xP[#Y;
} ]jy6C'Mp
} #s]]\
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。
4uTYuaCNs
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。 Yq2mVo
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。 <89js87
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1nvs51?H
{ yyiZV\ /
IMedia media = null; pR~PB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Xbap'/t
{ l+T\DZ
case ("mp3"): k:d'aP3
media = new MP3(); S :oZ&
break; GLk7#Y
//其它类型略; 0<o#;ZQ]
case ("rm"): y`\/eX
media = new RM(); n#x{~oQc
break; AWf zMJ;VS
//其它类型略; ~(yh0V
} F1/f:<}
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); qdcCX:Z<
player.Play(media); r3iNfY b
} .11iulQ
d;dcLe
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 3K54:
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。 6o{anHBB
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。 IG#=}q
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。 ;((gmg7,
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: ;jnnCXp>
public interface IMediaFactory h`5au<h<
{ Kj'm<]u
IMedia CreateMedia(); a+J :1'
} *y`^Fc
ty7a&>G
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: Q}]Q0'X8
public class MP3Factory:IMediaFactory Q&n|tQ*4
{ fV;&Ag*ZiV
public IMedia CreateMedia() aY"qEH7]
{ /'ybl^Km
return new MP3(); g]d@X_ &D
} 4jar5Mz
} ;r`[6[AG
//其它工厂略; ( XE`,#
SHhg&~B
public class RMFactory:IMediaFactory na/t=<{
{ XrBLw}lD`N
public IMedia CreateMedia() FJ#V"|}
{ CZ1tqAk-
return new RM(); @.MM-
} lOZ.{0{f,
} Tm`QZh3
//其它工厂略; abI[J]T9G
>~XX'}
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。 Lmj?V1% V
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: v<;,x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) />+JK5
{ Z.,Pl
IMediaFactory factory = null; `ORDN|s6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) YB)1dzU
{ I ][8[UZ
//音频媒体 [0_Kz"|
case ("mp3"): f~"3#MaV
factory = new MP3Factory(); A$|> Jt
break; 1!=$3]l0Lj
//视频媒体 AKL~F|t
case ("rm"): 8/=[mYn`-
factory = new RMFactory(); ^3*gf}
break; b6g,mzqu
//其他类型略; U6_1L,W
} !%5{jO1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ~\XB'
player.Play(factory.CreateMedia()); QmgwIz_
} l65'EO|
3)GXu>) t
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。 36lIV,YnU
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: :B"'49Q`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `DJIY_{-2
{ hWDgMmo7
IMediaFactory factory = null; MRmz/ZmRM
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a9D5qj
{ 1eT|
case ("mp3"): :G}tvFcOAF
factory = new MP3Factory(); S%Ja:0=}?
break; 5X~ko>
//其他类型略; '}XW
case ("rm"): z<@$$Z=0UF
factory = new RMFactory(); uw]e$,x?
break; u,oxUySeG
//其他类型略; 21cIWvy
} q2,@>#
IMedia media = factory.CreateMedia(); w*bVBuXs
media.Play(); zBc7bbK
} E$Ge#
M@dM
/=Xen
mmS
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。 ~=#jO0dE|
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。 gqe
z-
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。 ]qpcA6%a|
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: s/A]&!`
Fs&m'g
<appSettings> UayRT#}]
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> t`DUY3>36
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> H ) (K
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> N ~LR
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> _I'O4s1S
</appSettings> |,yS>kjp
i%\nJs*
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: _q8s 7H
private void InitMediaType() /M'b137
{ 0@xuxm/i
cbbMediaType.Items.Clear(); t_j.@|/FZ
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 8#oF7eE
{ gW*ee
cbbMediaType.Item.Add(key); W<9GwMU
} G\P*zzSq
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; xds"n5
} WG^D$L:
ViVYyA
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: WMI/Y9N
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3a#!^G!~
{ ^_<pc|1
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _Juhl^LM;
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ? th+~dE
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; tB1Qr**
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ob*2V!"
factoryDllName).Unwrap(); f[ER`!
IMedia media = factory.CreateMedia(); $~`(!pa:
media.Play(); m7 !l3W2
} [hFyu|I!
#b8/gRfS
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。 %Z}dY~:
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: xt`znNN
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 zZE?G:isR
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!