面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) HUcq%.
)"qa kT
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。 c& <Fr[AK
一、传统过程化设计思想 )tG\vk=@
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: NxfOF
public class MediaPlayer *=) cQeJ
{ E!;SL|lj.
private void PlayMp3() XYQ/^SI!:
{ wDw[RW3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N[?N5~jG
} OwuE~K7b{
aasoW\UG
private void PlayWav() n*o-Lo+Fe.
{ "WlZ)wyF%
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6d:zb;Iz
} <<UB ^v m
6o^,@~:R
public void Play(string audioType) `34zkPB??
{ j
'FVz&
switch (audioType.ToLower()) ?}qttj
{ '|ad_M
case ("mp3"): y~(h>gi,x
PlayMp3(); .n TwPrG
break; \-L&5x"x
case ("wav"): u^&A W$
PlayWav(); vjLJinJ/
break; vp1941P
} Mc@e0
} 8."]//V
} \Bz_p'[G
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。 Y21g{$~Q{
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 AW%50V
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! [<7@{;r
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Y2|#V#
二、面向对象设计思想 3s5z
UT;
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! RPwbTAl}
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: C,wL0Yj[
public class MP3 0;hqIJcE:\
{ >f^r^P
public void Play() Y1L[;)H n
{ Uq[>_"}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); uyO/55;HO
} f0A{W/0n
} 'SO %)B
WJ$bf(X*
public class WAV i1UiNJh86
{ !NIhx109q
public void Play() ,NOsFO-`<
{ ~Io7]
MessageBox.Show("Play the wav file."); j_/>A=OD
} *lYVY)L
} -^K"ZP1
Amp#GR1CA
Public class MediaPlayer y?rPlA_
{ \j+1V1t9
switch (audioType.ToLower()) 0\H\lKcK
{ |<HPn4
,X
case ("mp3"): 6uv#de
MP3 m = new MP3(); bNm#tmSt
m.Play(); =FlDb
5t{
break; Z|%_&M
case ("wav"): r~E=4oB7
WAV w = new WAV(); XywE1}3
w.Play(); #[,IsEpDO1
break; %]Fd[pzF
} C\\~E9+
} :=}BN
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。 .@2m07*1
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) XQ#;Zs/l
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。 P !AEf#1
public class AudioMedia 3("_Z%
{ aL*&r~`&e'
public void Play() Mh~q//
{ Olt`:;j-
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ) dn(G@5
} T m,b,hi$
} 2-&k^Gl!:
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)。 ,f<?;z
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: |^0XYBxQ
public abstract class AudioMedia H]P.
x!I
{ J
cPtwa;q@
public abstract void Play(); *,3SGcYdJj
} D~biKrg?=
[6 pD
public class MP3:AudioMedia pN!}UqfI-
{ 4^:\0UF
public override void Play() 4Z1ST;
{ vY4\59]P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); R_(tjkT
} hwu]Er.gn
} 2K<
8
}d&_q7L@@6
public class WAV:AudioMedia VE#Wb7
{ c(J!~7
public override void Play() 1cxrH+N
{ lAi6sPG)0
MessageBox.Show("Play the wav file."); j:<n+:HC
} *Y,x|F
} 8hXl%{6d3
RzxNbeki[W
public class MediaPlayer ;P;-}u
{ 7/!8e.M\
//根据需要完成任务的单向分派 'r4/e-`pK
public void Play(AudioMedia media) ]*vdSr-J
{ j`oy`78O
media.Play(); tU4s'J
} 3XL#0\im?s
} Qr1 "Tk7s
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)。 V\{clJ\U
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。 ~s%
Md
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: !5.8]v
public abstract class VideoMedia MTsM]o
{ 1s%#$ 7
public abstract void Play(); {K <iih
} jB`,u|FG
`rgn<I"
public class RM:VideoMedia RzBF~2 >i
{ &atuK*W>
public override void Play() @AGn{q
{ X59:C3c
MessageBox.Show("Play the rm file."); 0":ib0=
} Q7*SE%H
} YX=a#%vrl
kv3E4,<9
public class MPEG:VideoMedia ,ek_R)&[o
{ D6%J\C13`
public override void Play() c0PIc^R(@
{ |*:'TKzNS
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); mX_a^_[G
} ^.KwcXr
} ?>hPO73{
~kShq%
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。 "*m_> IU
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: uZM{BgXXD
#,,d>e
public interface IMedia >{N9kWY
{ Kh,V.+7k
void Play(); J]v%q,"
} aIJt0;
}x@2]juJ
public abstract class AudioMedia:IMedia u6T+Cg
{ 18~>ZR
public abstract void Play(); (}a8"]Z
} 9bP^`\K[N
q-.,nMUF
public abstract class VideoMedia:IMedia SNfr"2c'h~
{ Px$/ _`H
public abstract void Play(); 0TCBQ~ "
} {aY%gk?y#>
plUZ"Tr
这样再更改MediaPlayer类的代码: M\sN@+
public class MediaPlayer ]+(6,ct&.
{ mFg<dTx0c8
public void Play(IMedia media) `!XY]PI+e
{ iJ~Zkd
media.Play(); V"*O=h
} G"\`r* O
} I Y2)?"A
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 4xk|F'6K
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 uv=.2U46
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 }E0,z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .Si,dc\
{ *FC=X) _&W
IMedia media = null; P\w\N2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eCN })An
{ =+ytTQc*ot
case ("mp3"): f47Od-\-
media = new MP3(); |K6REkzr
break; |<#{"'/=
//其它类型略; mX\TD0$d
case ("rm"): n1~o1
media = new RM(); z*kutZ:6Y
break; vI2^tX9
//其它类型略; j/>$,
} $>GgB`
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p;._HJ(
player.Play(media); :z4)5=
6M
} q<\,
3AQZRul
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 $]{k+Jf
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。 iMI lZ
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。 ]vgB4~4#LP
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。 ;ado0-VQi'
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: T^ w36}a
public interface IMediaFactory LJ*q 1
;<E
{ 86(I^=
IMedia CreateMedia(); I|>^1kr8w
} "]z-: \ V
<%maDM^_\(
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: 1abtgDL
public class MP3Factory:IMediaFactory fJ/e(t
{ ~MS\
public IMedia CreateMedia() FO!]P
{ U 'R)x";=
return new MP3(); Yj)#k)x
} 6b+b/>G0
} 7]9
a<
//其它工厂略; ]<H&+ &!
IqC]! H0
public class RMFactory:IMediaFactory }D7I3]2>
{ b+@JY2dvj
public IMedia CreateMedia() 0|$v-`P$
{ CPP`
qt%f
return new RM(); nyBJb(5"B
} c/zJv*}x?
} WpF2)R}G=
//其它工厂略; pcYG~pZ9
c%&:6QniZ
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。 Pm
lx8@D
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: nX(+s*Y+w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %;e/7`>Ma
{ )^4\,u\@
IMediaFactory factory = null; T(e!_VY|m
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3T"j)R_=l
{ > `n,S
//音频媒体 m\$\ 09
case ("mp3"): &m|wH4\
factory = new MP3Factory(); AT9q3
break; g{8,Wx,,
//视频媒体 1jN-4&
case ("rm"): hg+X(0
factory = new RMFactory(); :@ %4
break; y>72{
//其他类型略; DTaN"{
} 89\n;5'f4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Ytz)d/3T
player.Play(factory.CreateMedia()); bty/
} #bl6sa{E
5Cq{XcXV
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。 ix(=3/Dgz
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: HuwU0:*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2_zp:v
{ }RHn)}+
IMediaFactory factory = null; Xb{
[c+.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^j".
{ L5#P[cHzz
case ("mp3"): E_8\f_%wK
factory = new MP3Factory(); blTo5NLX
break; 1E73i_L
//其他类型略; 9[m6Li
case ("rm"): mf}O-Igte
factory = new RMFactory(); t?9v^vFR
break; Q\cjPc0y
//其他类型略; ~.UrL(l=
} 4eikLRD,
IMedia media = factory.CreateMedia(); 5dB'&8DX
media.Play(); <5NF;
} \
C+(~9@|
#a`a$A
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 0KGY\,ae:;
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 (N&lHLy
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ,`gl&iB
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: d/bEt&
mnmP<<8C,
<appSettings> =$nB/K,8AX
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> .G+Pe'4a
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> M@?xa/E64
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> h\nI!{A0
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Td G!&:>
</appSettings> /c2w/+ _
]3g?hM6
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: E I:w
aIr
private void InitMediaType() D3)zk@N
{ );Z1a&K5k
cbbMediaType.Items.Clear();
9A,^c;
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) czm&~n6$
{ 'B@e8S)y
cbbMediaType.Item.Add(key); Y]L9Y9
} iVG-_RsKK
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ^my].Qpt
} *cC_j*1@
rFC" Jx
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: "g'jPwFG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) J41G&$j(
{ 9nH?l{As
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GKoK7qH\J
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Hd,p!_
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ^NX"sM0g
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, {W]=~*w
factoryDllName).Unwrap(); ]79:yMD~ba
IMedia media = factory.CreateMedia(); ox%9Ph
media.Play(); N_pJk2E
} 1qf!DMcdZ
(iRide
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。 I =1+h
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]!wM
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 xia |+
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!