面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) "{Y6.)x
i` ay9J8N
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。 n.C5w8f
一、传统过程化设计思想 H/={RuU
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: sNP
;
public class MediaPlayer ( 5uSqw&U
{ (Fq:G) $
private void PlayMp3() 9b@yDq3hQ
{ tE-g]y3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1xh7KBr,
} t%<y^Wa=
>[~7fxjK-
private void PlayWav() t`>Z#=cl\
{ yO*
MessageBox.Show("Play the wav file."); 5OX[)Li
} !+QfQghAT
%&q}5Y4!
public void Play(string audioType) nb6Y/`G
{ KeXt"U
switch (audioType.ToLower()) n1:q:qMR1
{ _aJKt3GQ
case ("mp3"): ~l*<LXp8
PlayMp3(); x($Djx
break; uU^iY$w
case ("wav"): Xil;`8h
PlayWav(); mm.%Dcn
break; 7?y7fwER
} !]RSG^%s{
} ~P;A
9A(k
} j2.7b1s
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。 S kB*w'k
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。 yf4L0.
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! gx?r8
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。 _mwt{D2r}
二、面向对象设计思想 Vo6g /h?`
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! n\f]?B(
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: ,CuWQ'H
public class MP3 qPN9Put
{ )feZ&G]
public void Play() n=AcN
{ 2i1xSKRYrD
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &ODo7@v`1
} bSz7?NAp
} 9 %i\)
~1 31|e`C
public class WAV p8?v
o?^
{ ecR)8^1 '
public void Play() ]^>:)q
{ =
MessageBox.Show("Play the wav file."); J_-fs#[x
} E-FR
w
} a7453s
bovAFdHW
Public class MediaPlayer L[,19;(
{ CjP<'0gT
switch (audioType.ToLower()) r@bh,U$
{ T#*H
case ("mp3"): 22U`1AD3U
MP3 m = new MP3(); S6a\KtVa
m.Play(); (Cfb8\~
break; QCE7VV1Rw
case ("wav"): n|XheG7:
WAV w = new WAV(); IF\ @uo`
w.Play(); 2lOUNx Q$
break; =WBfaxL}
} TsG x2[
} |D%mWQng
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。 K7K/P{@9[9
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) o[iN/
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。 8&|
o
public class AudioMedia Ke?,AWfG
{ w^$C\bCbh
public void Play() "J=Cy@SSa
{ isQOt *
i
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); OE9,D:tv
} :zPK
} n-yUt72
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 tp>YsQy]8
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 2A[hMbL
public abstract class AudioMedia #Lp}j?Y
{ 0<NS1y
public abstract void Play(); 4OpzGZ4+
} zyUS$g]&
MGt>:&s(]
public class MP3:AudioMedia $Th)z}A}EA
{ $T^q>v2u
public override void Play() @z{SDM
{ Qz#By V:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wK#*|
} b \ln XN
} ?4Rd4sIM$u
V|$PO
Qa3
public class WAV:AudioMedia qqf*g=f
{ wCruj`$
public override void Play() !$oa6*<1
{ %xOxMK@
MessageBox.Show("Play the wav file."); #?jsC)
} Z?!AJY
} 3IlVSR^py
Zr2!}jD9a
public class MediaPlayer ( I#6!Yt9J
{ Ez5t)l-
//根据需要完成任务的单向分派 iaeNY;T
public void Play(AudioMedia media) fs&$?mHL){
{ '5De1K.\`
media.Play(); Q47R`"
}
h-?yed*?
} jqc}mI\#
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)。 _lwKa,}
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。 6&ut r!\7
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: e'G=.:
public abstract class VideoMedia Y$A2{RjRq
{ ng!cK<p
public abstract void Play(); Kq-1 b
} n9}BT^4 v
85q/|9D
public class RM:VideoMedia ]h(Iun
{ Td'(RV
public override void Play() /}8Au$nA
{ ,.cR @5qI
MessageBox.Show("Play the rm file."); &um++
\
} UNa"\
} [Tp?u8$p`
Zja3HGL
public class MPEG:VideoMedia AG=PbY9
{ }3X/"2SW^
public override void Play() 8TT#b?d
{ `hkvxt
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); YYYF a
} `@],J
} EOXkMr
<KU0K
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。 hQm=9gS
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: {/,(F^T>2
[07E-TT2U
public interface IMedia zdrP56rzZ
{ ?%hd3zc+f
void Play(); ^]R_t@
} VPYLDg.'
aO&{.DO2
public abstract class AudioMedia:IMedia A_wf_.l4h
{ RdWn =;
public abstract void Play(); KYm8|]'g
} x,25ROaHY
y
2>
93m
public abstract class VideoMedia:IMedia -6kX?sNl)X
{ SefhOh^,V
public abstract void Play(); Kgr<OL}V J
} y1%OH#:duD
Q:megU'u
这样再更改MediaPlayer类的代码: |7c],SHm
public class MediaPlayer -EP1Rl`\
{ A&t8C8,
public void Play(IMedia media) `+n#CWZ"Y
{ Yu_*P-Ja6
media.Play(); J4::.r
} y,x 2f%x
} MLHCBRi
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Sc>mw
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。 e72Fz#<q
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。 P(k*SB|D
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Twa(RjB<
{ Q^2dZXk~
IMedia media = null; 5_E8
RAG
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) yC\UT
~j/
{ z.-yL,Rc`-
case ("mp3"): Eb4NPWo
media = new MP3(); ";rXCH.
break; )Su>8f[?e
//其它类型略; `D[O\ VE
case ("rm"): IdAh)#)
7
media = new RM(); yO%^[c?
break; ?m]vk|>
//其它类型略; Dnw^H.
} XYWyxx5`
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); %eDSo9Y
player.Play(media); by
@q g:
} @iuX~QA[9
:k1?I'q%
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 yl~;!
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。 _D{A`z
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。 erEB4q+ #O
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。 #U`AK9rP_g
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: 1*hE bO
public interface IMediaFactory _dd! nU\A|
{ kiM:(=5
IMedia CreateMedia(); 8)9-*Bzj
} YXWDbr:JX
U|Fqna
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: v3Vve:}+
public class MP3Factory:IMediaFactory 3xs<w7
{ Lf5zHUH
public IMedia CreateMedia() MQwxQ{
{ (2H
GV+Dg
return new MP3(); UV D D)
} zBy} > Jx
} .yy*[56X
//其它工厂略; HC$%"peN1b
Wf3BmkZzz
public class RMFactory:IMediaFactory \HLo%]A@M
{ !lNyoX/
public IMedia CreateMedia() ;
oa+Z:;f
{ vEg%ivj3
return new RM(); 0QZT<Zs
} X|{T ljn
} )]C]K B
//其它工厂略; rk1,LsZVS
#E!^oZm<Z
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。 #b[bgxm
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: ,.9 lz
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) VNWB$mM.2
{ JGHj(0j
IMediaFactory factory = null; S3%2T
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) gd0)s1{9
{ 9$HKP9G
//音频媒体 jI\@<6O
case ("mp3"): _ZhQY,
factory = new MP3Factory(); 5]Rbzg2t
break; akyMW7'3V<
//视频媒体 bp9RF
d{
case ("rm"): >p-UQc
factory = new RMFactory(); 6a,8t
break; n%F _3`
//其他类型略; ,K,st+s|
} s>6h]H
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); jXA/G%:[
player.Play(factory.CreateMedia()); uluAqDz`
} pCIS82L
0R)x"4Ww
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。 p($vM^_<"
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: %9>w|%+;U+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $t%IJT
{ M5WB.L[@q
IMediaFactory factory = null; 2@tnOs(*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9k;,WU(K<
{ aU(.LC
case ("mp3"): o C|oh
factory = new MP3Factory(); s*Qyd{"z
break; y-+W
//其他类型略; !lfE7|\p
case ("rm"): Vpg>K #w
factory = new RMFactory(); t~ {O)tt
break; ( 5!'42
//其他类型略; 2JK
'!Ry)
} s_y8+BJaV
IMedia media = factory.CreateMedia(); l3Zi]`@r
media.Play(); C%Lr3M;S'
} tR>zBh_b
" YI,
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_M#Gi/AL
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。 9o>D
Uc
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。 CPy>sV3Ru0
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: >)M1X?HI5
.@)vJtH)
<appSettings> #[jS&rr(
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Kb+SssF
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> PI*@.kqR-
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> MuD
? KK
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 14'\@xJMM
</appSettings> sA?8i:]O:
iKo2bC:.&
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: iz-z?)%
private void InitMediaType() q~9-A+n
{ kV1L.Xg
cbbMediaType.Items.Clear(); 5vLXMdN
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ;'{7wr|9
{ Zm0VaOT $I
cbbMediaType.Item.Add(key); 23r(4
} qj_0
td$
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; _R ]s1
} &7\}Sqp
wIi(\]Q
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Dazm8_x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t)W=0iEd9
{ jm%s#`)g
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 9jI muSZ
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); H[.)&7M\
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
cV6H!\
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, @LOfqQ$FE
factoryDllName).Unwrap(); /lECgu*#69
IMedia media = factory.CreateMedia(); 7T[$BrO\
media.Play(); nPvys~D
} mBwz.KEm<
8D)1ZUx7`
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。 2Jt{oh |
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: ;l!<A
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 _3%$E.Q
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!