面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Z<Rhn
zJMm=Mw^
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。 >QA;02
一、传统过程化设计思想 ^!FLi7X
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: .XZq6iF9
public class MediaPlayer l`mNOQ@}'
{ 5`3Wua
private void PlayMp3() >508-)'
{ SJ%h.u@&@F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y!1x,"O'H
} =Z(_lLNmh
H1fKe=$1
private void PlayWav() ab!Cu8~v
{ i(9 5=t(
MessageBox.Show("Play the wav file."); n2p(@
} VfFXH,j
flXDGoW
public void Play(string audioType) @OB7TI_/
{ CI8bHY$
switch (audioType.ToLower()) y~r5KB6w
{ ?D,8lABkT
case ("mp3"): |[3%^!f\
PlayMp3(); xNAa,aMM
break; Zr#\>h 'c
case ("wav"): S=^kR [O"
PlayWav(); ?c6`p3p3L
break; \@eaSa
} /=i+7^
} "NMSLqO
} gK#G8V-,
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。 "C~Zl&3
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。 a49xf^{1"i
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! @
)2<$d
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 "<Q,|Md
二、面向对象设计思想 >u0B ~9_E
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! qF? n&>YG
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: )wb&kug-
public class MP3 <l`xP)] X
{ _@/nc:)H
public void Play() XD8Q2un
{ sWGc1jC?.F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); VZ1u/O?ub
} fgW>~m.W
} (j%;)PTe+&
ej;\a:JL
public class WAV 1${rQ9FIF
{ M/LC:,
public void Play() 5<RZht$i
{ 1(`UzC=R|
MessageBox.Show("Play the wav file."); Pe`eF(J
} Rch?@O#J
} _9B ^@~
\-Ipa59U
Public class MediaPlayer H\^zp5/
{ )r`F}_CEL
switch (audioType.ToLower()) 8w\ZY>d
{ {+N7o7
case ("mp3"): WW[G ne
MP3 m = new MP3(); )d =8)9B
m.Play(); $8;`6o`
break; D"vl$BX
case ("wav"): =K8z8K?
WAV w = new WAV(); t
\;,$i
w.Play();
rsPo~nA
break; }M|,Z'@*
} 6)#=@i`
\
} C'S&
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。 DRy,n)U&
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) jT $
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。 e:T8={LU2W
public class AudioMedia CGCI3Z'
{ L^%jR=
public void Play() NU/:jr.W#
{ ZGgM-O1
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); L; (J6p]h
} T*bBw
} _I<LB0kgf.
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)。 Ef"M e(
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: S
@t pd'
public abstract class AudioMedia haoQr)S
{ [[A}MF*@
public abstract void Play(); '^ob3N/Y [
} xL#UMvZ>;h
@";zM&
public class MP3:AudioMedia upefjwm
{ W*jwf@
0
public override void Play() 4lsg%b6_%,
{ UR'P,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rL3 f%L
} ) |Md"r_B
} =H)"t:xE
>oasA2S
public class WAV:AudioMedia t{g7 :A
{ >21f%Z
public override void Play() 96]!*}
{ 3{ FUFx
MessageBox.Show("Play the wav file."); L>>Cx`ASi
} tv\_&
({
} >og-
jz
`44 }kkBT
public class MediaPlayer U{|WN7Q:A
{ o^*k
//根据需要完成任务的单向分派 %DIZgPd\
public void Play(AudioMedia media) jFPD SR5
{ pdEUDuX
media.Play(); "+k^8ki
} tZ*z.3\<
} aPH6R<G
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)。 o3kVcX^
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。 e>~7RN
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: ^R;rrn{^
public abstract class VideoMedia xp;CYr"1}
{ /j(3 ~%]o4
public abstract void Play(); Api<q2@R
} /gUD!@
$5v:z
public class RM:VideoMedia 'rSP@
{ JV_V2L1Ut
public override void Play() QsC6\Gt#
{ _X"G(
MessageBox.Show("Play the rm file."); rFl6xM;F
} n[tES6u
} ZT1IN6;8W
,I^:xw_
public class MPEG:VideoMedia DB>.Uf"
{ uX8yS|= *
public override void Play() qdY*y&}"J
{ Udl8?EVSz
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); >xK!J?!K
} p8_
CY[U
} y~-dQ7r
9n!IdqKN
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 C[IY9s:Pf
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: SQ0t28N3h
2GW.'\D
public interface IMedia OHyBNJ
{ t
IO 'ky
void Play(); ai@hQJ*
} Nub)]S>_/t
bUS"1Tg]*6
public abstract class AudioMedia:IMedia Im<(
{ d^W1;0
public abstract void Play(); d@#wK~I
} /\e&nYz
86HK4sES
public abstract class VideoMedia:IMedia `S+B-I0
{ dp~] Wx
public abstract void Play(); m%[`NP (
} zM+eb| >cr
'%\FT-{
这样再更改MediaPlayer类的代码: Ubf@"B
public class MediaPlayer '3eL^Aq
{ %FSY}65
public void Play(IMedia media) lJ$j[Y
{ 9:1[4o)~
media.Play(); ~
u',Way
} jGaI6G'N
} lk`,s
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 W1;u%>Uh
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。 c
D0-g=&
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。 ne-;gTP;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8 bpYop7
L
{ <V_P)b8$1
IMedia media = null; HLsG<#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j$mCU?
{ lOJ3_8
case ("mp3"): f'28s*n
media = new MP3(); h.WvPZ2U
break; Ka|,
qkb
//其它类型略; C<u<:4^H
case ("rm"):
u/S{^2`b
media = new RM(); &>$+O>c ,
break; 3qNLosm#M
//其它类型略; y L|'K}
} 9fQFsI
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3sF^6<E
player.Play(media); GRq0nhJ
} O[RivHCY
w_hN2eYo&e
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 6<>T{2b:(p
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 IwJ4K+
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 y3{F\K
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 x!RpRq9
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: SE;Yb'
public interface IMediaFactory I?Fv!5p
{ yG..B
IMedia CreateMedia(); V_p[mSKJv
} d]!`II
5?M d
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 'vc>uY
public class MP3Factory:IMediaFactory io^L[
{ 75?z" i
public IMedia CreateMedia() H\!p%Y
{ m. EIMuj
return new MP3(); P<s0f:".
} zvAUF8'_
} 6X`i*T$.
//其它工厂略; 5zk^zn)
H4{CiZ
public class RMFactory:IMediaFactory ' En|-M5
{ "s3eO
public IMedia CreateMedia() C0v1x=(xiM
{ (#?k|e"Y"`
return new RM(); ]sL)[o
} K#_x.:<J
} j$ h>CZZ
//其它工厂略; GX-V|hLaGX
oTLA&dy@
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。 .m/$ku{/J
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: `j)S7KN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #ssSs]zl
{ jS<(Oo
IMediaFactory factory = null; %f'mW2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) E=eK(t(8
{ noL&>G
//音频媒体 pN?geF~t|
case ("mp3"): ]~!?(d!J/
factory = new MP3Factory(); Al-;-t#Dc
break; PT/TQW
//视频媒体 '2X6>6`w
case ("rm"): s.]<r5v7
factory = new RMFactory(); n4%ZR~9WH
break; $vjl-1x&
//其他类型略; 4SDUTRoa
} S;L=W9=wby
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); bpp{Z1/4
player.Play(factory.CreateMedia()); _`- trE.
} ckhU@C|=*
Md[M}d8
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 jqv"8S5
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: CaE1h9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) b;k3B7<
{ R.'-jvO
IMediaFactory factory = null; :plN<8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4Fs5@@>X
{ RM|2PG1m
case ("mp3"): 2uZ4$_
factory = new MP3Factory(); R q
|,@
break; fWk,k*Z9
//其他类型略; ta+MH,
case ("rm"): :XFr"aSt
factory = new RMFactory(); !9p;%Ny`
break; XV %DhR=
//其他类型略; |9'`;4W
} kfj)`x
IMedia media = factory.CreateMedia(); z}z 6Vg
media.Play(); T0TgV
} k3yA*Ec
=9yh<'583
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。 T
j(MIFi|5
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。 j0`)m R}
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。 K6d2}!5
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: ,$A'Y
{a9(
Qi
<appSettings> <reALC
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ='G-wX&k
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3LW_qX
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 0aM&+j\q}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> pB5#Ho>S
</appSettings> ATzFs]~K;
)sZJH9[K
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#;{
private void InitMediaType() :tf'Gw6v
{ \@!"7._=
cbbMediaType.Items.Clear(); hH(w O\s
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Nbvs_>N
{ |w].*c}Z
cbbMediaType.Item.Add(key); #T3dfVWv
} KBOp}MEz
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; !*G%vOa
} NXHe;G
u8Ak2:
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: aM7=>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) s~'"&0Gz
{ (J 1:J
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GTuxMg`
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); nr]:Y3KyxX
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; VSjt|F)t
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, @s.civ!Yk
factoryDllName).Unwrap(); {|{;:_.>
IMedia media = factory.CreateMedia(); 'zhv#&O
media.Play(); 8yDe{
} Rl{e<>O\^
B&L-Lc2
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。 cw"Ou%
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: s3sPj2e{
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 /
DG t
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!