面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 8,*3zVk-
"dtlME{Bx
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。 %/pc=i|+
一、传统过程化设计思想 &*gbK6JB
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: 1EsqQz*$u
public class MediaPlayer S{:Cu}o
{ 7 :U8 f:
private void PlayMp3() HeozJ^u\?
{ r?3Aqi"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Yqj+hC6>,
} B9#;- QO
~kb{K;
private void PlayWav() PeNF+5s/K
{ _ECB^s_
MessageBox.Show("Play the wav file."); R=$Ls6z
} Qxq-Mpx{
h<NRE0-
public void Play(string audioType) 8Z8Y[p
{ e=>%^F
switch (audioType.ToLower()) G~!C=l
{ "%
Y u
wMY
case ("mp3"): >|
m.?{^
PlayMp3(); fp;a5||5
break; bEI!Ja
case ("wav"): s
MZ[d\
PlayWav(); mH\@QdF
break; BS2?!;,8
} Oy$<QXj/
} S(t{&+Wc
} +tUQ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 w}`3 d@
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 hSMV&Cs
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! P
{H{UKs#
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Le@?
/
二、面向对象设计思想 sfI N)jh
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! BX3lPv
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: i0ybJOa4
public class MP3 LNiS`o\
{ a.,_4;'UE1
public void Play() +)gB9DoK
{ O-!,Jm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `{}@@]
} &J(!8y*QyE
} v3-?CQb(
*rf$>8~$n
public class WAV :-Wv>V\t
{ 8&.-]{Z
public void Play() 7>,rvW:]
{ .'lN4x
MessageBox.Show("Play the wav file."); &HL{LnLP@/
} oD0EOT/E
} H[nz]s
L_?$ayZ;
Public class MediaPlayer a5V=!OoMk
{ o5 WW{)Q
switch (audioType.ToLower()) _9kIRmT{
{ Tl3"PIb
case ("mp3"): 6K 4+0xXv
MP3 m = new MP3(); YoAg
m.Play(); f:vD`Fz1
break; 5\S&)ZA@
case ("wav"): D]u=PqHk2
WAV w = new WAV(); *P xf#X
w.Play();
~6d5zI4\
break; 3cThu43c
} .Dx2 ;lj
} }cW#045es
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。 =l,#iYJP8
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) q[c Etp28h
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。 5-w: c>
public class AudioMedia V(..8}LlD
{ 6LM9e0oxy
public void Play() 9v~5qv;
{ %U?)?iZdL
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); oMc1:=EG
} 40.AM1Z0f
} hdg<bZk:
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)。 v[L[A3`"/
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: P)1EA;
public abstract class AudioMedia ?Ib}
{ b:Dg}
public abstract void Play(); \h#9oPy
} sHs g_6~
%wW'!p-<
public class MP3:AudioMedia >'Hx1;
{ |yv]Y/=
public override void Play() c&e0OV\m
{ ^Y 7U1I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,8VXA +'_
} s=U\_koyH
} xJc.pvVPw
[YE?OQ7#
public class WAV:AudioMedia FL&dv
{ @p]UvqtB@
public override void Play() \Tkp
{ PbEQkjE
MessageBox.Show("Play the wav file."); bA*"ei+!
} JqEb;NiP)5
} :8]6#c6`74
e=J*Esc@k
public class MediaPlayer sam[s4@eQ
{ F*\4l;NJ
//根据需要完成任务的单向分派 ~U%j{8uH
public void Play(AudioMedia media) OG}KqG!n
{ ?O7iK<5N
media.Play(); @_Sp3nWdu
} ^ZVOql&
} ~`[8"YUL
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)。 vJThU$s-
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。 7@a\* |K6
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: Wr#~GFg
public abstract class VideoMedia ?(Bl~?zD
{ eJaUmK:
public abstract void Play(); !Bj^i
cR
} y@ . b
4
FfSI n3
public class RM:VideoMedia a7*COh
{ Z@oKz:U
public override void Play() BA*&N>a
{ U'M|=I'
MessageBox.Show("Play the rm file."); 5M.Red.L
} D aDUK?
} UM\}aq=,
# JFYws
public class MPEG:VideoMedia GhiHA9.
{ nX 8B;*p6b
public override void Play() g]4yAV<2
{ M:(&n@e
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )f[C[Rd
} +C5#$5];
} XHNkQe
==` Pb
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Wl
TpX`
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: WG\Q5k4Ba
oX{@'B
public interface IMedia 9tAE#A
{ B!iFmkCy
void Play(); h[y*CzG
} /N%zwj/*
g/B\ObY
public abstract class AudioMedia:IMedia v^\JWPR/
{ DZ2Fl>7
public abstract void Play(); f-&ATTx`J
} t)!V+Qcb
4znH$M>bU
public abstract class VideoMedia:IMedia C$_G'XI
{ 8=pv/o
public abstract void Play(); A$ J9U3+O
} yWmrdvL
9BO|1{
这样再更改MediaPlayer类的代码: ,3k@L\$.x
public class MediaPlayer 0}D-KvjyP
{ 4uPH
public void Play(IMedia media) H7}g!n?
{ >~^`5a`$uI
media.Play(); XJ O[[G`
} nfa_8
} '(T mV#3
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?N`qLGRm
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 gY%OhYtF2
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 qL,ka
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V07VwVD
{ (HPz
IMedia media = null; #)FDl70S8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .Nk}Z9L]k
{ Ej{+U
case ("mp3"): !. p
media = new MP3(); hAlPl<BO#V
break; m|lM.]2_
//其它类型略; ]~'9
case ("rm"): HmW=t}!
media = new RM(); <c(&T<$
break; _TrZ'iL}T
//其它类型略; N6WPTUQ1mF
} rykj2/O
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8-A:k E
player.Play(media); aDN.gMS
} X8i[fk1.R
C/bxfp{?
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 PP],HB+*[
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。 "~_$T@^k>
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 pL8H8kn
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~Po\ En
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: "cNg:
public interface IMediaFactory WejyYqr34-
{ k~{Fnkt
IMedia CreateMedia(); >n1h^AW
} [#IBYJ.6
[;*\P\Xih
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 40R"^*
public class MP3Factory:IMediaFactory
\|blRm;
{ WFRsSp2
public IMedia CreateMedia() ~m!#FTc*
{ :MK:TJV
return new MP3(); 1E8$% 6VV
} uL
bp.N8
} )y(oHRCp->
//其它工厂略; &<`-:x1 2_
u2Y N[|V
public class RMFactory:IMediaFactory re]%f"v:5
{ Ndo}Tk!
public IMedia CreateMedia() J_|7$
l/
{ 4C6=77Jr
return new RM(); $y8mK|3.3u
} &ycjSBK
} 0T(O'v}.
//其它工厂略; E1#H{)G
ZT r:xX{R6
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 N`f!D>b:dn
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Rq"VB.ef&{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dJloH)uJZ>
{ 04P.p6
IMediaFactory factory = null;
c^rC8E
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *U:VM'a
{ DE5d]3B
//音频媒体 z'?SRK5+
case ("mp3"): kea e.6[
factory = new MP3Factory(); ?Y%}(3y
break; w8G7Jy
//视频媒体 LFl2uV"
case ("rm"): 6euR'd^Qi
factory = new RMFactory(); d:A\<F
break; +d.u##$
//其他类型略; _L8Mpx*E
} C(f$!~M4b
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); _c[|@D
player.Play(factory.CreateMedia()); n/xXQ7y
} ,;9ak-$8p
{F<)z%^
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。 \)FeuLGL9
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: T@B"BoKU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7We?P,A\;
{ f$Gr`d
IMediaFactory factory = null; yZ?xt'tn
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) JtSuD>H`"
{ r;c' NqP
case ("mp3"): ~o:rM/!Ba
factory = new MP3Factory(); >/(i3)
break; F(J\ctha
//其他类型略;
-PcS(
case ("rm"): Cw6>^
factory = new RMFactory(); n>u.3wL
break; wYZy e^7
//其他类型略; W/b"a? wE{
} s.f`.o
IMedia media = factory.CreateMedia(); d&/^34gn
media.Play(); )C'G2RV
} ` 52%XI
=9kj?
u~
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。 ]\[m=0K
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。 jn.R.}TT
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。 @<hF.4,]
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: R1II k
2b; rr
<appSettings> CW.&Y?>Tv
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> K4iI:
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> x eJ9H~^
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> !x`;>0
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,O$Z,J4VL
</appSettings> `Af{H/qiI
/p[|DJoM
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: b{Z^)u2X
private void InitMediaType() AQE
eIFH
{ Hlz'a1\:O]
cbbMediaType.Items.Clear(); pw0Px
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) |Dl*w/n
{ }@3Ud'
Y
cbbMediaType.Item.Add(key); w%>aR_G
} 5x:Ift
*
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; MDMtOfe|
} }v_p gatC
szf"|k!
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Zkf 3t>[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *54>iO-
c
{ qFvg}}^y
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); <m?GJuQ'
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); *LY~l
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; L!CX&
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, v[0DE*p
factoryDllName).Unwrap(); E"Ya-8d=
IMedia media = factory.CreateMedia(); kWzuz#
media.Play(); jlYD~)
} FZ[@])B
X=rc3~}f
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 '"!z$i~G=
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: `,F&y{A
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 u5xU)l3
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!