面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) !LI6_Oq
e}dGK=`
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。 M[ {O%!
一、传统过程化设计思想 P5Lb)9_Jw
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: 1lo.X_
public class MediaPlayer riR(CJ}Ff
{ &Va="HNKt
private void PlayMp3() b@ QCdi,u
{ Fn>KdoByN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Cj%n?-
} 'tTUro1~
wZ4w`|'
private void PlayWav() QB
uX#bDV
{ [ Y+Ta,
MessageBox.Show("Play the wav file."); FKZ'6KM&A
} BG|m5f
r[?GO"ej5
public void Play(string audioType) GY>G}bfh
{ kEgpF{"%n
switch (audioType.ToLower()) =yF]#>Ah
{ Hf/ZaBn
case ("mp3"): CvHE7H|-{
PlayMp3(); H )51J:4
break; N5[^W`Qf
case ("wav"): <Y]e
PlayWav(); *
N]^(+/A
break; 3
,zW6 -}
} Xh}S_/9}5
} ;6eBfMhL
} zO`4W!x&
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。 ]_BH"ng}
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。 xa.tH)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! 7fI2b,~
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。 ;FQNO:NP
二、面向对象设计思想 V/3@iOwD
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! FsO_|r
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: ~NZL~p
public class MP3 4O{G^;
{ 2x>7>;>
public void Play() dz?On\66
{ tr5j<O
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,<N{Y[n]e
} @@j:z;^|
} zYrJHn#vB
u^G Y7gah
public class WAV l?QA;9_R'
{ ta6>St7.
public void Play() ),CKuq>
{ Vm8@LA
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;yajt\a
} W]oa7VAq
} 4Q/{lqG
tKS[
Public class MediaPlayer /vq$/
{ -#v1/L/=
switch (audioType.ToLower()) e!PB3I
{ c7~R0nP
case ("mp3"): PtYG%/s
MP3 m = new MP3(); Fgi`g{N
m.Play(); WW.@S5
break; 5x%Blkx
case ("wav"): m%
3 D
WAV w = new WAV(); <}:` Y"
w.Play(); Fsm6gE`|n
break; ^*i0~_
} zz[fkH3
} V y$*v
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。 tu Y+n2
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) #D/*<:q5
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。 /!2`pv
public class AudioMedia [al$sCD]+
{ /2zan}
public void Play() gs;^SRE I
{ $,2T~1tE
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); hVmnXT
3Z
} e*qGrg (E
} W^H3 =hZ
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)。 %0} ^M1
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: v+"4YIN
public abstract class AudioMedia ~x!up9
{ (T0MWp 0
public abstract void Play(); G~o!u8^;
} ?WHf%Ie2(
0W}qp?
public class MP3:AudioMedia C&>*~
{ n
Syq}Y3
public override void Play() ')!X1A{
{
>iae2W`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); F'b%D
} !}z'"l4i
} gT_KOO0n
EC;>-s
public class WAV:AudioMedia Mn(iAsg
{ k1q/L|')
public override void Play() IO)#O<
{ s91[@rh/
MessageBox.Show("Play the wav file."); P2a5<#_|
} uD>=
} /O}<e TR
`,-mXxTNT
public class MediaPlayer WN+i 3hC
{ GeTk/tU
//根据需要完成任务的单向分派 ##=$$1Ki
public void Play(AudioMedia media) ~_vSMX
{ bu|.Jw"
media.Play(); s:}? rSI
} 7Hr_ZwO/^
} ![\-J$
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)。 \4q|Qno8
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。 )Xjn:
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: 3NtUB;!
public abstract class VideoMedia \~l_w
,Poo
{ 3NgXM
public abstract void Play(); mkn1LzE|F
} /ooGyF
Wr%ov6:
public class RM:VideoMedia 8u+kA
mI
{ i=aR~
public override void Play() $]We |
{ G kjfDY:
MessageBox.Show("Play the rm file."); r%?-MGc
} K:a8}w>Up
} Cy]=Y
#[#evlr=
public class MPEG:VideoMedia LpU}.
{ B-Jd|UE`u
public override void Play() a/j;1xcc<
{ 'dwT&v]@
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Y[6T7eZ0g
} l(?B0
} ,Z@#( =f
X_TjJmc
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。 y&zFS4"x
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: \)6glAtN
zFq%[ X
public interface IMedia gF{ehU%
{ zeHF-_{
void Play(); y|5s
} OyZR&,q
m^D'p
public abstract class AudioMedia:IMedia ;5 j|B|v
{ '47
b"uV
public abstract void Play(); >!=@TK(~
} {]HiT pn
}%_|k^t
public abstract class VideoMedia:IMedia ] 3{t}qY$A
{ /t0L%jJZ
public abstract void Play(); G(&[1V % x
}
>2s4BV[(
rOSov"7
这样再更改MediaPlayer类的代码: =_dM@ j
public class MediaPlayer .k,j64
r
{ cE]z Tu?!
public void Play(IMedia media) QtW9!p7(
{ l 00i2w
media.Play(); \;{ ]YX
} <Ua~+U(FR0
} y]j.PT`Cw
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 v
Y[s#*+
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 *dBeb
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 54_}9_g
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1sqE/-v1_^
{ ^Oz~T|)
IMedia media = null; KL&/Yt
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a"vzC$Hxd
{ ]Z!Y*v
case ("mp3"): C >*z^6Gz
media = new MP3(); F!vrvlD`s
break; t+?Bb7p,H
//其它类型略; +A3/^C0
case ("rm"): S#/BWNz|
media = new RM();
UleT9 [M
break; ?H=YJK$k
//其它类型略; :U?g']`Z##
} LqWiw24#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); C>Ik ;
player.Play(media); R]"Zv'M(AM
} G+
/Q!ic
g NI1W@)
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 YkKu4f
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。 z9o]);dZ
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。 vpu#!(N
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。 :\;9y3
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: ,
'pYR]3
public interface IMediaFactory AwJg/VBo)
{ )M8d\]
IMedia CreateMedia(); ?{J1&;j*
} !:+U-mb*
/$; Z ~^P
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 5U?O1}P
public class MP3Factory:IMediaFactory lS=YnMs6a
{ Pp?P9s{
public IMedia CreateMedia() ]j&m\'-s
{ DI0& _,
return new MP3(); ) 57'<
} MfQ0O?oBp
} 2"6L\8hd2
//其它工厂略; voZaJ2ho/O
r]e{~v/
public class RMFactory:IMediaFactory DwBe_h .
{ =-dnniKW4
public IMedia CreateMedia() xU\!UVQ/
{ lO@-*m$
return new RM(); "5JMk
-2k
} KDN#CU
} Rxy|Ag/I;V
//其它工厂略; s.z)l$
U`*we43
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。 oCo~,~kTR
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: g!0
j1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) k7Nx#%xx
{ ~cr iZI/
IMediaFactory factory = null; v8-szW).
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @;EQ{d
{ T)tr"<F5NP
//音频媒体 o9sQ!gptw
case ("mp3"): aMqt2{f+
factory = new MP3Factory(); ZPf&4#|
break; Yte*$cJ=
//视频媒体 puOMtCI
case ("rm"): -IIrrY
O
factory = new RMFactory(); WGV]O|
break; 2`i&6iz
//其他类型略; d^'_H>x
} ejg!1*H@n
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); !UzE&CirV
player.Play(factory.CreateMedia()); Xp;'Wa"@
} }5E H67
r[E #JHw
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 S> Fb'rJ3
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: "4XjABJ4'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KMT$/I{p,
{ ?r;F'%N=
IMediaFactory factory = null; UXSwd#I&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d/NjY[` 5+
{ DI{Qs[
case ("mp3"): ca
&zYXy
factory = new MP3Factory(); 319 4]
break; aeMj4|{\
//其他类型略; 8hV4l'Pa72
case ("rm"): 6T"5,Q</h
factory = new RMFactory(); F, =WfM\
break; *h?*RUQ
//其他类型略; x+sSmW
} 6hcs)X7m
IMedia media = factory.CreateMedia(); Z'AjeZyyE
media.Play(); a;i}<n7
} +o.#']}Pl
i[/1AI
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。 Jcvp<
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。 D$hK
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 |r*y63\T
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: vSQB~Vw8t
.ErR-p=-
<appSettings> p3%cb?G%w
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> sI)jqHZG
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> }Ej^"T:H_;
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> jJ>I*'w
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 2V @ pt
</appSettings> Dmtsu2o
?r0>HvUf!l
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: GyE5jh2
private void InitMediaType() 'pAq;2AA
{ 2J(,Xf
cbbMediaType.Items.Clear(); [c>YKN2qa
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) C-2#-{<
{ Si;eBPFH
cbbMediaType.Item.Add(key); c*8k _o,
} P\X$fD
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; N[=R$1\Z
} ovtZHq/
&53LJlL
Co
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: &'5j!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g*U[?I"sC
{ `?"[u"*
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); %Y].i/".;P
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 4!+IsT
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; }5gQ dj[Y
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, p6{8t}
factoryDllName).Unwrap(); dqL)q 3
IMedia media = factory.CreateMedia(); LZpqv~av
media.Play(); }!vJ+
} ma2-66M~j
ue6&)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。 1`&"U[{
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: cr{f*U6`
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 vB/G#\Zqz
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!