面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) A0xC,V~z
[!"XcFY:a
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。 QH@>icAb
一、传统过程化设计思想 .px:e)iW
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: onte&Ed\
public class MediaPlayer )`HA::
{ Vhg1/EgUr
private void PlayMp3() mBk5+KyT
{ ijUzC>O+q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :&VcB$
} z4M1D9iPY
ftZj}|R!
private void PlayWav() w'ybbv{c
{ =AOWeLk*G
MessageBox.Show("Play the wav file."); Xl%0/o
} IFuZ]CBz
H:S,\D?%2x
public void Play(string audioType) <@,$hso7:
{ HGDVOJq
switch (audioType.ToLower()) >SCGK_Cr2
{ +=P@HfVfiq
case ("mp3"): 1n%8j*bJq
PlayMp3(); 3qMNl>>
break; 4]XI"-M^D
case ("wav"): "x*-PFT
PlayWav(); ,&]MOe4@>
break; '2^
Yw
} w+AuMc
} dpzw.Z
} ;IZ?19Q
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 g]$
4~"|.
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。 <{ru|-9
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!
K5"sj|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。 3|kgTB-
二、面向对象设计思想 'Bq ZOZw
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! p1O6+hRio
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: V@ :20m
public class MP3 +=3CL2{An
{ 9$l>\.6
public void Play() ``QHG&$/
{ 83iCL; GS=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); cFZCf8:zB
} %3=J*wj>D
} ,x_Z JL
K"{HseN{
public class WAV }e{qW
{ kE)!<1yy2
public void Play() 3y`F<&sA
{ Un@\kAY
MessageBox.Show("Play the wav file."); "{BqtU*.
} xJ(:m<z
} aXR%;]<Dw
t[C1z
Public class MediaPlayer d'HOpJE
{ |. C1|J'Z
switch (audioType.ToLower()) %|"Qi]c d
{ "Pc$\zJm;
case ("mp3"): [ygF0-3ND
MP3 m = new MP3(); LAs7>hM
m.Play(); E5G{B'%j
break; VWf %v
case ("wav"): /iM$Tb5
WAV w = new WAV(); 79Bg]~}Z
w.Play(); ?y7w} W
break; Of7+/UV
} e<\<,)9@/
} \8b6\qF/\
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。 x8N|($1
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) J !#Zi#8sF
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&NPp>
public class AudioMedia F9Z@x)
{ }GZbo kWg.
public void Play() y{=NP
{ d#_m.j
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Vb4;-?s_
} f}fsoDoQ=
} ;!u;!F!i
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)。 Kn}ub+
"J
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: M'5'O;kn
public abstract class AudioMedia Nw<P
bklz
{ SN">gmY+
public abstract void Play(); vA&Vu"}S
} ;5S}~+j
\C|cp|A*&
public class MP3:AudioMedia lpC
@I^:
{ &=q! Wdw~
public override void Play() 9`Q@'(m
{ IB$7`7
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); jj&s}_75
} tJZc/]%`H
} SS3-+<z
fC<m^%*zgA
public class WAV:AudioMedia z@h~Vb&I
{ s3 QEi^~
public override void Play() igkz2S I
{ M7dU@ Ag
MessageBox.Show("Play the wav file."); i@$*Csj\9*
} _"N\b%CkO
} !`wW_W
Faac]5u:*
public class MediaPlayer "QY1.:o<(
{ 9]yW_]P
//根据需要完成任务的单向分派 [_!O<z_sB
public void Play(AudioMedia media) E`D%PEps+
{ b`~wGe
media.Play(); \ V%_hl
} 's%q
} CEtR[Cu
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)。 0D[@u3W
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。 By((,QpB
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: q-AN[_@
public abstract class VideoMedia $k0H9_
{ c@du2ICUc
public abstract void Play(); zVaCXNcbo
} 2@i;_3sv
cyF4iG'M,y
public class RM:VideoMedia 3Sh+u>w
{ _<Dt
z
public override void Play() (JZ".En#X
{ l5O=VqCj
MessageBox.Show("Play the rm file."); R}{GwbF_\
} 5cTY;@@
} J=}F2C
K{DAOQ.z
public class MPEG:VideoMedia Y;Y1+jt
{ TSto9$}*
public override void Play() .[j%sGdKl
{ v '9m7$
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); AK/:I>M
} |nxdB&1n
} 5
2Hqu>
v\A.Tyy
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。 R@`rT*lJ
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: j\2[H^
HeIS;gfUY
public interface IMedia G$=-,6kZO
{ 2p< Aj!
void Play(); nX[;^v/
} ZKdh%8C
N}QFGX
public abstract class AudioMedia:IMedia [)|+F
wJ
{ KH<v@IJ\
public abstract void Play(); dOXD{c
} x ^vt; $
<r\I"z$
public abstract class VideoMedia:IMedia ?q$P>guH6-
{ '2v f|CX
public abstract void Play(); ExrY>*v
} 6
=>G#
! D1zXXq
这样再更改MediaPlayer类的代码: S+T|a:]\7
public class MediaPlayer X"/~4\tJ"
{ q=0 pQ1>
public void Play(IMedia media) %z)EO9vtr
{ uqZ3Hyb
media.Play(); ^gg!Me
} E(Gr0#8
} 3|eUy_d3
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 9g@NcJ]
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。 -Ktwo_V*
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。 0m=(W^c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dY'Y5Th~
{ JvJ;bFXD
IMedia media = null; Q[_Ni15
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) e\N0@
{ w}k B6o]
case ("mp3"): ?r3e*qJGn
media = new MP3(); z8iENECwj
break; 14l; *
//其它类型略; yT:!%\F9
case ("rm"): K51fC4'{
media = new RM(); RVF F6N^
break; &?T ${*~
//其它类型略; /hci\-8N~
} ?5~!i9pY
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); JDhwN<0R
player.Play(media); 9d\N[[Vu]R
} S0xIvzS
'Y)/~\FI
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [.3sE
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。 +x]e-P%
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。 - L`7+
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。 k3yxx]Rk/
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: ^
f{qJ[,
public interface IMediaFactory Q8Te'1Ln!
{ l1RlYl5
IMedia CreateMedia(); i+ic23$4M
} r@|ZlM@O
b]#~39Iph
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: `A{'s %$?!
public class MP3Factory:IMediaFactory i./Y w
{ e"_"vbk
public IMedia CreateMedia() 9 z*(8d
{ zJ_My&~
return new MP3(); ]h8/M7k
} L>:FGNf^H
} jt%WPkY:
//其它工厂略; "1%*'B^}bw
cYD1~JX.
public class RMFactory:IMediaFactory n/-N;'2J
{ {6tx,; r(F
public IMedia CreateMedia() W-XN4:,qI
{ 8A_TIyh?
return new RM(); llqDT-cp
} V"g~q?@F
} R `Q?J[e
//其它工厂略; k4mTZ}6E
_z%\'(l+
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。 h7RD`k:mF
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: P^;WB*V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z@nmjj i
{ n}5x-SxS0
IMediaFactory factory = null; _w%s(dzk
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) I ,9~*^$
{ @`2ozi~lO
//音频媒体 ] - h|]
case ("mp3"): c}\
d5R_L
factory = new MP3Factory(); 0gi}"v
break; F]SIT\kBm
//视频媒体 4^BLSK~(
case ("rm"): %Fm`Y.l
factory = new RMFactory(); QvNi8TB
break; 1Kc{#+a^
//其他类型略; Xr)g
} +}Auk|>Dc
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); '%$-]~
player.Play(factory.CreateMedia()); T/Ez*iQW
} :n`0)g[(
b@F_7P%
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 l58l
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: [$H( CH`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M'vXyb%$1
{ LA>dkPB
IMediaFactory factory = null; r3?5'S`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;?j~8
{ qG*_w
RF
case ("mp3"): fl!1AKSn@N
factory = new MP3Factory(); :.C)7( 8S
break; YFAnlqC
//其他类型略; 0=gF6U
case ("rm"): $q.p$JQ:
factory = new RMFactory(); Q.uR<C6)v
break; #Z#_!o
//其他类型略; ?({Pc F/
} eb(m8vLR
IMedia media = factory.CreateMedia(); d`<#}-nh
media.Play(); C`z;,!58%
} P@-R5GK
Mof)2Hbd:
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。 <w%DyRFw3
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。 YU*46 hA1B
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)(i{:@r`
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: 5Bzuj`
.v$ue`
<appSettings> IcO9V<Q|
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> &0FpP&Z(
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> h^Arb=I
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Sk!v,gx
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ]Oig..LJ
</appSettings> zww?
R^F7a0"
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: ?Of{c,2 .
private void InitMediaType() |UABar b
{ av7q>NEZ!1
cbbMediaType.Items.Clear(); ~4}*Dhsh
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5J?bE?X
{ GR_p1 C\
cbbMediaType.Item.Add(key); e=YO.HT
} gE-lM/w
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; OME!W w
} #a/n5c&6/
G >I.
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: dawVE
O
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5Q2TT $P
{ z2"2tFK
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); W8\PCXnsfl
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); n">?LN-DC
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; bEEJV F0
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Z5{*? 2
factoryDllName).Unwrap(); l;.[W|
IMedia media = factory.CreateMedia(); $@lq}FQ%
media.Play(); ~Q3WBOjn
} }6yxt9
Q';\tGy
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。 5EVB27k
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: }39M_4a&
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 (e>RNn\
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!