面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &09~ D8f'
&uaSp,L
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。 gL|
9hvHr[
一、传统过程化设计思想 01
+#2~S
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: 8(NS;?
public class MediaPlayer =kq<J-:#R
{ {='wGx
private void PlayMp3() n]w%bKc-9
{ @pJ;L1sn
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X}={:T+6s
} `;R$Ji=>
I%[Tosud<
private void PlayWav() K4|fmgcy.
{ ebL0cK?
MessageBox.Show("Play the wav file."); 75P!`9bE
} -;
d{}F
96!2@c{
public void Play(string audioType) XF3lS#pt
{ tycVcr\(
switch (audioType.ToLower()) 1 Cz}|#U
{ eUu<q/FUMj
case ("mp3"): `\ nKPj
PlayMp3(); &432/=QSm0
break; J7EWaXGbz
case ("wav"): O]="ggq&
PlayWav(); =NK'xPr
break; &jnBDr
} P()&?C
} rnMi
>?
} n
sN n>{
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。 a|dgK+[
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。
VyIJ)F.c
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! K-.%1d@$y
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Q0ezeo
二、面向对象设计思想 0iMfyW:
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ]w-W
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: HDE5Mg "
public class MP3 #MMp0
{ 1!+0]_8K
public void Play() 3$_- 0>
{ .[:WMCc\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 97>|eDc Y
} XTb.cqOC
} >)>~S_u
,&O&h2=
public class WAV 51AA,"2[_
{ KeyHxU=?
public void Play() La7}zXx
{ $`C$|9S
MessageBox.Show("Play the wav file."); cI7a TLC"s
} }LWrtmc
} :.-KM7tDI1
L&5zr_
Public class MediaPlayer m+pK,D~{"
{ WdJeh:h
switch (audioType.ToLower()) ?WS.RB e2
{ 3c`
case ("mp3"): mxc^IRj
MP3 m = new MP3(); Z0V6cikW6
m.Play(); /Vv)00
break; ~(rZ)
case ("wav"): {@"
F/G+
WAV w = new WAV(); g'-hSV/@}@
w.Play(); tM:$H6m/(
break; S =sL:FC
} ZM=eiJZ
}
hJ8B&u(
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ']X0g{%
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) m[N&UM#
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 q.ppYXJUXi
public class AudioMedia `+ Mva
{ kZ^wc .
public void Play() h9. Yux
{ Sn;q:e3i{A
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); nu16L$]
} P^BSl7cT
} 3[kl` *`
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)。 ZGd7e.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: #g
Rns
public abstract class AudioMedia MLDAr dvK
{ Zc9S[ivq
public abstract void Play(); eQ#"-i
} LXc;`]
_ UF'Cf+Y
public class MP3:AudioMedia kRiZ6mn
{ FlH=Pqc
public override void Play() T(kG"dz
{ p|)j{nc
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); gF~
}
} 0}Qd
} fAT
M?
qyBo|AQ5
public class WAV:AudioMedia $A: ?o?"7}
{ $fW8S8
public override void Play() g*%o%Lv
{ QP6a,^];
MessageBox.Show("Play the wav file."); #t">tL
} )Z`OkkabnD
} evyA#~o
4Rl~7|
public class MediaPlayer v)!^%D
{ H]0(GLvH
//根据需要完成任务的单向分派 ixF
public void Play(AudioMedia media) 0 n)UvJ
{ 6"bdbV=t
media.Play(); xl@
} &!8u4*K5j
} ?)/H8n
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)。 # 9ZO1\
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。 wH qbTA
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: !wjD6NK
public abstract class VideoMedia 8qq'q"g
{ G4f%=Z
public abstract void Play(); )-LSn
} ZV:0:k.x
g\?7M1~
public class RM:VideoMedia kQtnT7
{ I9jzR~T
public override void Play() $K~ t'wr
{ uo^tND4a;j
MessageBox.Show("Play the rm file."); !ma'*X
} ]~m2#g%
} Ktf lbI!
% wh>_Ho
public class MPEG:VideoMedia ::k/hP9.^
{ z
Q11dLjs
public override void Play() :YN,cI d*
{ AkV8}>G?#A
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Y/n],(t)
} '$be+Z32
} ljO t~@Ea
3C;nC?]K
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。 JwmH_nJ(
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: 4kf8Am(
_i1x\Z~
N
public interface IMedia kT{d pGU9
{ f!##R-A
void Play(); " [K>faV
} Hz3KoO &
*8xMe
public abstract class AudioMedia:IMedia
1"} u51
{ 8|\?imOp\[
public abstract void Play(); t9m08K:Y
} t>(}LV.
NT [~AK9M
public abstract class VideoMedia:IMedia LD)P.
f
{ xw&N[y5
public abstract void Play(); {vAv ;m
} o51jw(wO
EEO)b_(
这样再更改MediaPlayer类的代码: U>kL|X3 V
public class MediaPlayer *`wgqin
{ A;C)#Q/
public void Play(IMedia media) G8!* &vR/
{ c7(Lk"G8
media.Play(); YST{
h{
} $"]*,=-X
} 5KDN8pJN
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 "\M^jO
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。 S-KHot ?
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。 >-Q=o,cl%3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dn@_\5
{ G^/8lIj
IMedia media = null; rnTjw
"%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $y+Bril5W
{ o@tc
case ("mp3"): <;nhb
media = new MP3(); [&a=vE
break; YhNO{4D
//其它类型略; /%w3(e
case ("rm"): c0u1L@tj
media = new RM(); "AUHe6Yv
break; xnD"LK
//其它类型略; 2uM\?*T@
} 0Wc8\c
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); `E2HQA@
player.Play(media); Z`Sbq{Kx
} L4-v'Z;
:LEC[</yvl
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 As-xO~ +
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。 C;NG#4;'
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。 -7:_Dy
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。 &+zS4)UK
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: &)v}oHy,m
public interface IMediaFactory Sn!5/9Y
{ |KLCO'x
IMedia CreateMedia(); VgyY7INx9
} `5CuH
Tg~SGAc
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: |#?:KvU97E
public class MP3Factory:IMediaFactory #J09Eka;J
{ ZQY?wO: [
public IMedia CreateMedia() bL]NSD
{ s'JbG&T[J
return new MP3(); yRv4,{B}X>
} G2BB]] m3
} Kk9W=vd
//其它工厂略; p?XVO#
(N
:vDq'
public class RMFactory:IMediaFactory c}r"O8M
{ ;o-c.-!F
public IMedia CreateMedia() T1_>qnSz
{ M=Cl|
return new RM(); =/SBZLR(9
} !{%BfZX<&
} dNfME*"yN
//其它工厂略; >s|zrS)
pDV8B/{
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{Dy3tm=
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: bx8;`QMX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {IA3`y~
{ ap|$8G
IMediaFactory factory = null; T_/ n#e
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0l+[[ZTV
{ H4"'&A7$
//音频媒体 s2*~n_B
case ("mp3"): -h8@B+
factory = new MP3Factory(); y0_z_S#gO
break; r!e:sJAB.
//视频媒体 WCUaXvw
case ("rm"): xfK@tLEZ-1
factory = new RMFactory(); ptMDhMVW
break; e-Ma8+X\
//其他类型略; iininITOS{
} Hx#1TqC/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yHYK,3/C,
player.Play(factory.CreateMedia()); ,,HoD~]rd
} @Z2^smf
o4F(X0
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。 ALXie86a8
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: 7w51UmO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) P}8cSX9
{ R;3nL[{U
IMediaFactory factory = null; ^bG91"0A
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !@3"vd{^
{ _`.Wib+
case ("mp3"): Ev>P|kV&A
factory = new MP3Factory(); @
q:S]YB
break; &5d~ODO
//其他类型略; ;(r,;S_`0
case ("rm"): 5u=>~yK+
factory = new RMFactory(); X([p0W
9V(
break; :`>bh
//其他类型略; {j[a'Gb
} JBk >|q"
IMedia media = factory.CreateMedia(); ^aR^M\38
media.Play(); []b=
xRJM
} SQs+4YJ
n4InZ!)
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。 p!>DA?vF
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。 /^hc8X
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。 Aa4 DJ
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: r&3EM[*Iw
;:obg/;uJ
<appSettings> Tnoy#w}Ve
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 7&&3@96<*#
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> tE WolO[\
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 7A"v:e
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> z9Nial`p
</appSettings> <%?!3 n*
c"lblt5
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: QERj`/g
private void InitMediaType() 7!/!a*zg
{ e?_uJh"
cbbMediaType.Items.Clear(); = P$Q;d
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) W$xW9u8@+(
{ F4PWL|1
cbbMediaType.Item.Add(key); t Z@OAPRx
} {4eI}p<
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; {H3B1*Dk
} i F \H
`z$=J"%? y
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: i5cK5MaD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Y^tUcBm\
{ ;a 6Z=LB
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [*U.bRs
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); H5Bh?mw2
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; RA1K$D ?A
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, p^k*[3$0
factoryDllName).Unwrap(); yT|44
D2j
IMedia media = factory.CreateMedia(); N qS]dH61
media.Play(); ,!dVhG#
} 3b[.s9Q
K_F"j!0
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。 GIhX2EvAS
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: UM2yv6:/
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 =[,EFkU?B
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!