面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ;j/-ndd&&
q7%eLJ
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。 :cK;|{f
一、传统过程化设计思想 R0*+GIRA(
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: O[fgn;@|
public class MediaPlayer ]]Da/^K=Z
{ eX>X=Ku
private void PlayMp3() JSQ*8wDcl
{ .o5r;KD
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); o$r]Z1
} 1f1J'du
<U$A_]*w
private void PlayWav() ,/g\;#:{@]
{
]=g|e
MessageBox.Show("Play the wav file."); K*Tvo`
} (FAd'$lhX}
6\9 9WQ
public void Play(string audioType) d/ OIc){tD
{ <WGl4#(k
switch (audioType.ToLower()) cnOk
{ wp,z~raaS
case ("mp3"): :B'}#;8_
PlayMp3(); M('cG
break; l<$c.GgFd
case ("wav"): V ;)q?ZHg
PlayWav(); :22IY>p
break; 2;`"B|-T
} ]-aeoa#
} oa?eK
} :[N[D#/z
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。 [y T4n.f
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。 bMD'teJ
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! =7mR#3yt
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。 QPfS3%p`
二、面向对象设计思想 |8"~ou:.
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! -$4%@Z
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: WLWE%bDP
public class MP3 ?WX&,ew~
{ Cs
%-f"
public void Play() BKm$H!u
{ O/\jkF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); )gCHwu
} k852M^JP
} soZw""|v
QWf)5S
public class WAV Rh%/xG#k
{ 3Fn26Rij
public void Play() 7
v<$l
{ szwXr
MessageBox.Show("Play the wav file."); DwZt.*
} v}]x>f
} ~&~%q u
%1]2+_6
Public class MediaPlayer l1N{ujM
{ :u{0M&
switch (audioType.ToLower()) zux+ooU
{ 8y!fqXm%)
case ("mp3"): N)h>Ie
MP3 m = new MP3(); @X/S
h:
m.Play(); l#o43xr
break; Em@h5V
case ("wav"): K.R2)o`
WAV w = new WAV(); }FMl4 _}u
w.Play(); IO xj$ ?%l
break; -&kQlr
} KF'H|)!K
} *4qsM,t
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。 tTyu,%/m
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) .KT+,Y
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。 c)SSi@<
cv
public class AudioMedia ?/)5U}*M0T
{ FzpWT-jnDd
public void Play() ok\+$+$ju
{ GKY:"q&h
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); nHKEtKDd
} 0m`7|80#P
} 7"xd'\c@
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)。 4'54
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-3.-
public abstract class AudioMedia Bd O$
{ cJ8F#t
public abstract void Play(); &F'v_9
} =b% J@}m`&
d=qpTb;(
public class MP3:AudioMedia yK?~XV:
{ Hs=!.tZ,
public override void Play() q 8=u.T
{ bOck^1Hk y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kM3BP&
3m1
} p!aeL}g`
} g-p
OO/|
SC2C%.%l`
public class WAV:AudioMedia qqzQKN
{ : 6>H\
public override void Play() HB`pK'gz
{ v[a#>!;s
MessageBox.Show("Play the wav file."); I9F[b#'Pn
} DJQ]NY|
} 1~ SY
N@MeaO
public class MediaPlayer GPR`=]n& &
{ 3^Yk?kFE
//根据需要完成任务的单向分派 \;7DS:d@
public void Play(AudioMedia media) FOk @W&
{ HnP;1Gi
media.Play(); oLr"8R\d>t
} !W%HAlUAG[
} X^|oY]D
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)。 zK-hNDFL{
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。 (uG4W|?p
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: D8?$Fn=
public abstract class VideoMedia BRD'5 1]|
{ @>9p2u)=
public abstract void Play(); TLSy+x_gX
} B?0{=u
~M'\9
public class RM:VideoMedia G'Q7(c
{ )%y~{j+ M
public override void Play() @eTsS%f2
{ Ar<OP'C
MessageBox.Show("Play the rm file."); 6ZG)`u".("
} owMH
} @6j*XF
#>v7"
<
public class MPEG:VideoMedia 'hekCZZ_I
{ 3,vH:L4
public override void Play() :):Y6)giBD
{ 'o7PIhD"
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); phc1AN=[E
}
l#~FeD
} 40#KcbMa|
7
YK+TGmU^
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。 Nu_w@T\l
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: GwW#Ww;Oc
kQ#eWk J,
public interface IMedia 4C*3#/TR
{ `>sqP aD
void Play(); DYWC]*
} 4iLU "~
iO!lG
public abstract class AudioMedia:IMedia ,{Ab=xV
{ ]~qN<x
public abstract void Play(); 6gKOpa
} .d"+M{I
Agi1r]W
public abstract class VideoMedia:IMedia *cf"l
{ 8zc!g|5"
public abstract void Play(); +
kF[Oh#
} P+b^;+\1s
Oq2H>eW`f
这样再更改MediaPlayer类的代码: Iv<9})2K
public class MediaPlayer z;/'OJ[.
{ !n{c#HfG
public void Play(IMedia media) UeICn@)\y
{ }-L@AC/\#
media.Play(); 5{g9Wh[
} d_,tXV"z&
} m@,>d_|-K-
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 yQA[X}
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。 epbp9[`
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。 =a!6EkX
*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) pMquu&Td
{ V1:3
IMedia media = null; vUK>4^{J5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <kSaSW
{ h]Oplp4\W
case ("mp3"): :7ngVc
media = new MP3(); 2wBU@T1
break; Dy@\!F
//其它类型略; 9(l'xu X
case ("rm"): {T.Vu]L80
media = new RM(); v 2 GhR*
break; O<h#|g1
//其它类型略; `az`?`i7
} Ozv.;}SE
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); vs@:L)GW\
player.Play(media); spx;QLo
} 2SJh6U
U(N$6{i_
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 u}1vn} F{
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 )/Xrhhx
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 /
3k\kkv!
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 5lxq-E3
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: z{g<y^Im+E
public interface IMediaFactory Tqa4~|6
{ 9AYe,R
IMedia CreateMedia(); %~5Q^3$O
} L%d?eHF
GnOo+hB
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: v,+l xY
public class MP3Factory:IMediaFactory h<K;VpL6
{ WHZng QmY
public IMedia CreateMedia() ^.C X6%
{ Qg>GW
return new MP3(); j_yFH#^W:
} y:OywIi(
} W{+0iAYnp
//其它工厂略; Ql@yN@V
$M`;."
public class RMFactory:IMediaFactory sYA-FO3gh
{ 'TrrOq4
public IMedia CreateMedia() G
r|@CZq
{ YB{E=\~
return new RM(); mY8=qkZE
} JX)z<Dz$
} Cj1UD;
//其它工厂略; B^(rUR
*wB-lg7%
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!e"=HF
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: b<(UmRxx3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %B&?D@
{ ePpK+E[0Z
IMediaFactory factory = null; ~9 WJrRWB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3t8H?B12ow
{ /Z "
4[
//音频媒体 O|&TL9:
case ("mp3"): D
Ok^ON
factory = new MP3Factory(); Hs}"A,V
break; ]A]E)*
//视频媒体 70
UgK E
case ("rm"): RpK,ixbtA+
factory = new RMFactory(); 7 3z
Y^x
break; *@arn Eu
//其他类型略; ~}0hN]*G
} .&x?`pER
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -mHhB(Td'
player.Play(factory.CreateMedia()); [a)~Dui0@\
} /Tf*d>Yh;
ptcLJ]+)
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。 8*#][wC2
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: f76|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6>BDA?
{ Z)O>h^0
IMediaFactory factory = null; Eb[H3v48,
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) D^s0EW-E
{ T :S{3
case ("mp3"): uP=_-ZUW
factory = new MP3Factory(); 5652'p
break; .(dmuV9
//其他类型略; FJ%R3N\
case ("rm"): #oroY.o
factory = new RMFactory(); !bV(VRbu
break; #8f"}>U9.,
//其他类型略; 7x7r!rSe,
} txfwLqx
IMedia media = factory.CreateMedia(); KaQq[a
media.Play(); :y-0qzD?
} &Y>~^$`J
mz VuQ
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。 A[ECa{v
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。 R`C_CsXir
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。 "">fn(
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: %cr]ZR
W3V{Xk|
<appSettings> ;Jbc'V'fm
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 9MtJo.A
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> /IJ9_To
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> <#p|z`N
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> \eMYw7y5M
</appSettings> .xz,pn}
So\| Ye
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: X|damI%
private void InitMediaType() !Zyx$2K
{ y|+~>'^JR
cbbMediaType.Items.Clear(); &^3~=$
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ?`
eYWZ">
{ 9{UP)17
cbbMediaType.Item.Add(key); ptWG@"j/b
} BtpjQNN
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; x:n9dm
}
TCKI
2.Eu+*UC
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: kJvy<(iG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ngkeJ)M0$
{ '^F|k`$r
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); \;B$hT7z*
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Zn<(,e
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Gx h~
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, F'UguC">
factoryDllName).Unwrap(); Dmm r]~
IMedia media = factory.CreateMedia(); fs3-rXoB
media.Play(); tgvpf/cQ
} bco[L@6G$
y800(z
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。 nT@6g|!
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: 43u PH1
)
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 kHJDX;
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!