面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) H`3w=T+I
<T'fJcR
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。 N1n\tA?
一、传统过程化设计思想 5M8
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: REX/:sB<
public class MediaPlayer z __#PQ,n
{ Uq%|v
private void PlayMp3() "$"<AKCwS
{ rTC| 8e
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P4MP`A
} 4Im}!q5;:<
)OlYz!#?
private void PlayWav() KJ-Q$
M
{ 'r^'wv]
MessageBox.Show("Play the wav file."); %74f6\
} N'5DB[:c:
RzB64
public void Play(string audioType) *:l$ud
{ HW6Cz>WxOW
switch (audioType.ToLower()) 8,CL>*A
{ 0eCjK.
case ("mp3"): v!mP9c
j
PlayMp3(); h^K>(x
break; m|Z[8Tup
case ("wav"): 4uVyf^f\]f
PlayWav(); -x/g+T-
break; ~F~hgVS5
} ov>`MCS,v
} ,b+Hy`t
} ws]d,]
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。 BIvz55g
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。 noT}NX%
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! `lO/I+8
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。 127@
TN"
二、面向对象设计思想 QX-M'ur99
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! ~vR<UQz
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: 5kv]k?
public class MP3 5'0kf7
{ G_5NS<JE"S
public void Play() 0wETv
{ .9!&x0;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ujly\ix`
} =\<!kJ\yH
} \ItAc2,Fl
cja-MljD
public class WAV lo>:S1
{ 4MgG]
public void Play() }M\G
{ g{7?#.7
MessageBox.Show("Play the wav file."); ><@& &u.
} 69C
ss'
} qkyYt#4E
abV,]x&.0
Public class MediaPlayer 7aNoqS+
{ %A(hmC
switch (audioType.ToLower()) T~N877
{ D
<Fl7QAb
case ("mp3"): o\yqf:V8
MP3 m = new MP3(); kZ
9n@($B
m.Play(); SR\$ fmo
break; ,!^w
case ("wav"): |1 LKdP
WAV w = new WAV(); L\kT9wWK|
w.Play(); D_cd
l^
break; R2[
}
} CwfGp[|}e
} nx4E}8!Lh
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 t== a(e
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ,PyPRPk
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 rg+3pX\{
public class AudioMedia M Xl!
{ z: W1(/W~
public void Play() ~leLQsZ
{ :&D$Q
4
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); o Bp.|8-
} 5 s2/YG=
} e-o$bf%
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 !]WC~#|{B
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 4>[tjz.?k
public abstract class AudioMedia B.[5N;c
{ ["?WVXCF8|
public abstract void Play(); QnDLSMx)
} fm,:8%
V=H}Ecd
public class MP3:AudioMedia 2HvzMo-4
{ O Bp/:]
public override void Play() %O&C\{J
{ p$%g$K
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0 :1ldU
4
} 12%4>2}~>
} <b;Oap3
kPZ1OSX
public class WAV:AudioMedia !' @
{ ,k3aeM~`%w
public override void Play() zzBq b\Ky
{
gIXc-=Ut
MessageBox.Show("Play the wav file."); A,#hYi=-,
} zn{[]J
} Tn3f5ka'
d
"vd_}P~
public class MediaPlayer ('pxX+
{ pDx}~IB
//根据需要完成任务的单向分派 z'}?mE3i
public void Play(AudioMedia media) p}swJ;S
{ NBZ>xp[U
media.Play(); jk}m
} #8jH_bi
} =!Y{Mz
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ed)!Snz
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 N[,/VCW
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: pV))g
e\
public abstract class VideoMedia 4.mbW
{ C(*)7|
m
public abstract void Play(); A,s .<TG
} @$'1
}tT*Ch?u
public class RM:VideoMedia 9^c"HyR
{ {VE$i2nC8
public override void Play() P X<,/6g z
{ }"?KHy
MessageBox.Show("Play the rm file."); %z0@4Gq
} $pGk%8l%
} rJm%qSZz
p^``hP:J
public class MPEG:VideoMedia KPA5 X]
{ MXhRnVz"W
public override void Play() B1Iq:5nmoS
{ {N,w5!cP
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); uy;3s=03^
} D r $N{d
} 5OUe|mS
{\e wf_pFk
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 g)iSC?H
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ]H[FZY
r4qFEFV3%
public interface IMedia 8)k.lPoo.
{ w,.Hdd6
void Play(); T;< >"" T
} 93(
),6Z1 K1
public abstract class AudioMedia:IMedia =kLg)a |
{ SwuadN
public abstract void Play(); ;"nEEe]?
} HnqZ7%jeN
U-s6h;^O
public abstract class VideoMedia:IMedia 3^us;aOr
{ qO9_e
public abstract void Play(); <`9:hPp0
} \rf1#Em
t>v']a +k
这样再更改MediaPlayer类的代码: EH$wWl^
public class MediaPlayer [P{Xg:0
{ 4"j5@bppJ
public void Play(IMedia media) }H,A
T
{ ()>\D
media.Play(); EX&y
!
} 8YN+
\
} cY>;( x@
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Ec6{?\
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。 %3VwCuE
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。 xt"/e-h}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^j=_=Km]
{ r/O(EW#=8
IMedia media = null; tY:-13F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9AL\6@<a*
{ gi@+27;
case ("mp3"): Z9aDE@A
media = new MP3(); >8tE`2[i*
break; }RUC#aW1
//其它类型略; 6]gs{zG
case ("rm"): `u-VGd\
media = new RM(); J= |[G'
break; Vq'&t<K#
//其它类型略; m9xu$z|e
} }}(~'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \^-3)*r
player.Play(media); XLbrE|0A?
} bt&vik _
Hab9~v ]
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 );|~4#
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。 [bT@Y:X@`
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。 <qRw!
'S^
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。 `g :<$3}
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: u%[*;@;9+
public interface IMediaFactory jv|IV
{ kxUGd)S
IMedia CreateMedia(); rjR
} {Ue6DK%
"msg./iC
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: kb7\qH!n
public class MP3Factory:IMediaFactory [bOy,^@4
{ >PGm} s_
public IMedia CreateMedia() |_=jXf\TL
{ zPkg3H
return new MP3(); 0`ib_&yI
} aQ~x$T|
} &1':s|c
//其它工厂略; Jc%>=`f
&&<^wtznO
public class RMFactory:IMediaFactory !J6s^um
{ CWN=6(y
public IMedia CreateMedia() Y+=@5+G
{ (wY%$kW4
return new RM(); gCm?nb)
} Xs`:XATb/
} ev guw*u
//其它工厂略; yauP j&^R
vo(?[[
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 X)&Z{ V>
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: F#<PFT4i
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .$OInh
{ 1)PR]s:-m@
IMediaFactory factory = null; ntkinbbD
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) bA^a@ lv a
{ z
vYDE]
//音频媒体 n `Xz<Q!
case ("mp3"): *HXq`B
factory = new MP3Factory(); X%F9.<4
break; RU>vnDaC
//视频媒体 {oJa8~P
case ("rm"): 4
?c1c
factory = new RMFactory(); slmxit
break; .BUl$RW|
//其他类型略; ?rK%;GTo
} =J'?>-B
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p.\KmEx
player.Play(factory.CreateMedia()); C1do]1VH
} FXSDN268
&+^
# `nq
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 qlxW@|
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: P3
Evv]sB@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -*Pt781
{ eS=k 48'U
IMediaFactory factory = null; ?7p|
F^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) X}=f{/\S
{ J-f0
case ("mp3"): <&Uk!1Jd
factory = new MP3Factory(); 7w$R-Y/E
break; lKD@2
//其他类型略; Uy1xNb/d
case ("rm"): [O)Zof
factory = new RMFactory(); ;VH]TKkk
break; <EUSl|6
//其他类型略; "PHv~_:^R
} g|HrhUT;
IMedia media = factory.CreateMedia(); Zll^tF#
media.Play(); zn x_p/V
} WuQYEbap
8{l=`y"nB
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。 .0-m=3mp2
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。 ykeUS
zz2
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。 Y_B 4s-
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: iLgt_@g
4a |Fx
<appSettings> '9dtIW6E
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Om"3Q/&
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Mfr#IzNHN
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> <khAc1"
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> UmE{>5Pt
</appSettings> \|t0~sRwh
y~=hM
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: i+Dgw
private void InitMediaType() @[RY8~
{ 614/wI8(
cbbMediaType.Items.Clear(); 9"RfL7{
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 6V?RES;X
{ XOwMT,=Z)
cbbMediaType.Item.Add(key); "poTM[]tZ7
} xwxj j
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; z{jAt6@7
} D5b_m|7%
kZ}u
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: PPO<{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g DG m32
{ NGs9Jke2
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); TjK5UML
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 90ag!
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Kx+Bc&X
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, kAliCD)
factoryDllName).Unwrap(); }gi'%e
IMedia media = factory.CreateMedia(); 5;
[|k$ v
media.Play(); ]+dl=SmF
} t
g*[%Jf^
({VBp[Mh
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。 K-C,+ eI
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: g0OS<,:
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ,b(S=r
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!