面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) V/0?0VKG
I6]|dA3G
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。 W~1/vJ.*l
一、传统过程化设计思想 @~!1wPvF`I
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: dBV^Khf J
public class MediaPlayer ~YIGOL"?
{ J,s)Fu\j@
private void PlayMp3() a0"gt"qA
{ +[ _)i9a
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); W#<&(s4
} 7k<4/|CQ{
ub"(,k P
private void PlayWav() o:\RJig<
{ 1}E`K#
MessageBox.Show("Play the wav file."); q%4l!gzF3
} 0Fw0#eE
jafq(t
public void Play(string audioType) TQ?D*&
{ (K$K;f$"r
switch (audioType.ToLower()) nL}bCX{
{ UarU.~Uqi
case ("mp3"): b$sw`Rsw
PlayMp3(); eSynw$F2N
break;
qO
case ("wav"): 8wz4KG3SK
PlayWav(); u7u8cVF
break; A9!gww
} Q6y883>9
} k]<
} EXDtVa Ot
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。 =2#a@D6Bl
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。 7N^9D
H{`
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! 0(s0<9s%
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。 M/5e4b
二、面向对象设计思想 Z*d8b
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! ?)#dP8n
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: 2}u hPW+
public class MP3 +dm&XW >
{ ?JTy+V2t
public void Play() lKs*KwG
{ pb`F_->uq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~R.8r-kD`
} X75>C<
} 05:`(vl
oC>QJ(o,8
public class WAV UYH;15s
{ E|D~:M%~
public void Play() -6MgC9]
{ o#{D;'
MessageBox.Show("Play the wav file."); @EzSosmF
} |KF X0*70
} P}o:WI4.cB
2 q J}5
Public class MediaPlayer Qi|jL*mj&
{ 1oaiA/bq
switch (audioType.ToLower()) St&xe_:^<
{ ]]$s"F<
case ("mp3"): 9|T%q2O
MP3 m = new MP3(); 9|dgmEd
m.Play(); M#on-[
break; @`aR*B
case ("wav"): V\@h<%{^%7
WAV w = new WAV(); _3h(R`VdWO
w.Play(); EA%(+tJ^0
break; w4pU^&O
} >z6(fM`i
} 7]YLe+Ds
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 aksyr$d0V<
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) $78fR8|r-
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 jcQ{,9
H`l
public class AudioMedia 0F sz
{ S2K_>kvG)~
public void Play() 8qn1?Lb
{ A1@tp/L=o
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 8Cz_LyL
} d<.
hkNN
} CfQOG7e@
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 8Wid.o-U
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 4H8vB^
public abstract class AudioMedia a ^<W
?Z
{ Dna0M0
public abstract void Play(); = ^:TW%O
} /HgdTyR)
7+JQaYO`"
public class MP3:AudioMedia !7@IWz(,"
{ w"$CV@AJ
public override void Play() fM?HZKo
{ Bv
\ihUg/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); UA/Q3)
} Qn(e[
C6\
} EsXCi2]1
6#fl1GdH-
public class WAV:AudioMedia }rsD$
{ q17c)]<"
public override void Play() Rtw^
lo
{ qI\qpWS\
MessageBox.Show("Play the wav file."); z:bxnM2\
} 'YQ"Lf
} ,x!P|\w.G{
7kO5hlKeo
public class MediaPlayer +I#4+0f
{ FOgF'!K
//根据需要完成任务的单向分派 r^-3( 77n
public void Play(AudioMedia media) /4+M0P l
{ /]2-I_WB
media.Play(); 12DMb9_rp
} zg2A$Fd[j
} vE7 L> 7
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 P!:Y<p{=>
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 )`yxJ;O@$
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: L B1ui
public abstract class VideoMedia 23@e?A=C
{ N,V%/O{Y
public abstract void Play(); LF* 7;a
} "AP''XNi
Dg%zN i2GS
public class RM:VideoMedia VS@o_fUx)
{ 1u75
public override void Play() "12.Bi.O"[
{ V;mKJ.d${
MessageBox.Show("Play the rm file."); A>(m}P
} ]H0BUg
} RN238]K
+u'
?VBv
public class MPEG:VideoMedia % ribxgmd
{ B2:6=8<
public override void Play() T5.1qr L
{ % @3AA<
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Q]Q i
} qY`)W[
} &F9BaJ
'x{g P?.
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。 U(]a(k<r
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: BusD}9QqB
B-ReBtN
public interface IMedia 7kx)/Rw\B
{ $wH{snX
void Play(); z8{ kwz
} .x5Yfe
!}|n3wQ
public abstract class AudioMedia:IMedia A-1Wn^,>*
{ DvHcT]l>5
public abstract void Play(); M8a^yoZn
} TKj8a(R_
U(3+*'8r,1
public abstract class VideoMedia:IMedia 8PB(<|}u
{ kLQPa[u4
public abstract void Play();
w V-1B\m
} K@Q_q/(%;
Wk"4mq
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?r0#{x~
public class MediaPlayer akHcN]sa2
{ 34k<7X`I
public void Play(IMedia media) ewg&DBbN"
{ 0ohpJh61Q
media.Play(); *gfx'$
} -hj@^Auf
} Da*=uW9
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _"
W<>
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。 (m80isl
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。 S`gUSYS"w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T#xCu|5
{ 6Ae <W7
IMedia media = null; hX?L/yf
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) WL$Ee=
{ y}*rRm.:
case ("mp3"): @-nCK Yj
media = new MP3(); X5 UcemO
break; N|K,{
p^li
//其它类型略; ["|AD,$%
case ("rm"): 6*cG>I.Z
media = new RM(); ..6 : _{wg
break; s `fIeP
//其它类型略; O^ZOc0<
} H((!
BRl
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); c;c'E&9P]
player.Play(media); /Y@^B,6\
} 3-#|6khqt
FJKW=1=,
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 O4@sN=o
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。 $~vy,^
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 g\;AU2?p7
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~6m-2-14q
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: }MAQhXI^O|
public interface IMediaFactory \U;4\
{ d!kiWmw,
IMedia CreateMedia(); Ci6yH( RE
} <Z5ak4P
Y)^qF)v,d
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: @Aa$k:_
public class MP3Factory:IMediaFactory l<5O\?Vo]
{ b);Pw"_2
public IMedia CreateMedia() hgMh]4wN*
{ Y,EReamp
return new MP3(); G0Zq:kJ
} U;Z6o1G
} )R$+dPu>
//其它工厂略; RN\4y{@
^ZnlWZ@r
public class RMFactory:IMediaFactory TxAT ))
{ AY4ZU CqI
public IMedia CreateMedia() dA>=#/"
{ LX),oR
return new RM(); e^kccz2f
} ^|y6oj
} <,p|3p3
//其它工厂略; ].53t"*
2%4dA$H#4w
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。 a@ `1 5O:
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: )&:4//}a
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ULc oti=,
{ (dD+?ZOO
IMediaFactory factory = null; x*td
nor&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) '9^+J7iO(+
{ =ic"K6mhq
//音频媒体 .Tr!/mf_
case ("mp3"): 2[f8"'lUQ
factory = new MP3Factory(); hJY= )
break; *0zdI<Oe
//视频媒体 z}\TS.
case ("rm"):
FEj{/
factory = new RMFactory(); 1gk{|keh
break; ({ 'I;]AQ
//其他类型略; I>ks H
} #4S">u
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); n'R9SnW
player.Play(factory.CreateMedia()); [kwVxaI
} rFJ(t7\9h
_mVq9nBEf
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。 4_qd5K+n"
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: OZ 4uk.)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 55xaZ#|
{ U-/-aNJ]U
IMediaFactory factory = null; |uo<<-\jTO
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _kUf[&
{ sYnf
# '
case ("mp3"): #\9sCnb
factory = new MP3Factory(); 0'u2xe
break; ~lO^C
//其他类型略; F
FHk0!3
case ("rm"): u,AZMjlF
factory = new RMFactory(); dqwCyYC
break; I3Gz,y+
//其他类型略; Pd-0u>k
} nXH U|5.I
IMedia media = factory.CreateMedia(); N-*
^V^V
media.Play(); dIk/vg
} RC(fhqV
9pAklD 4
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。 }^r=(
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。 3[8F:I0UL
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。 UeNa
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: JU^{!u
YC!Tgb~H
<appSettings> q{D_p[q
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Fy1@B(V%
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> /)I:Cz/f
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> pqmb&"l
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> /H 3u^
</appSettings> tXj28sh$
#$q~ZKB
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中:
N7%iz+
private void InitMediaType()
L~F"
{ kmHIU}Z
cbbMediaType.Items.Clear(); yZ7aH|Q81B
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) V%k #M
{ R5O{;/w
cbbMediaType.Item.Add(key); OsS5WY0H
} !uaV6K
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ]fc9m~0N,\
} m1,?rqeb
[UO?L2$&
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: OVr,
{[r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) K/oC+Z;K
{ z"4UObVs
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Oc\Bu6F
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); #H]cb#
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; AhjK*nJF
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, S3cjw9V
factoryDllName).Unwrap(); ?.E ixGzI^
IMedia media = factory.CreateMedia(); Z";~]]$!Y
media.Play(); th&?
} K$>C*?R
q5X\wz2N
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。 #$!(8>YJ
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: \
;.W;!*
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Vc}#Ok
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!