面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) l6[lJ0Y
u!N{y,7W)
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。 *0Gz)'
一、传统过程化设计思想 nD"~?*Lt
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: V@=V5bZLs
public class MediaPlayer #y]3LC#)^G
{ 4"\yf
private void PlayMp3() =j0x.fSe
{ ANH4IYd3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P,gdnV
^
} k6IG+:s
V[pvJ(
private void PlayWav() A CNfS9M_w
{ 2=PBxDs;
MessageBox.Show("Play the wav file."); TY;U2.Ud
} NCA{H^CL
FqA3{
public void Play(string audioType) D
y6$J3 r
{ N$?cX(|7
switch (audioType.ToLower()) (g :p5Rl
{ M/V(5IoP(
case ("mp3"): +V v+K(lh$
PlayMp3(); z*~YLT&
break; $7I]`Jt
case ("wav"): _8K%`6!"Z
PlayWav(); sc`"P-J+vp
break; kR.wOJ7'
} e{G_GycH
} PX".Km p.
} ApPy]IdwX
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 QL"gWr`R
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 D_|B2gdZY
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! hQJWKAf,/
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 a!Yb1[
二、面向对象设计思想 P#GD?FUc
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! AZFWuPJo
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: >e5zrgV
public class MP3 Q 882B1H
{ t\j!K2
public void Play() d+z[\i
{ urY`^lX~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); G2mNm'0
} FN"rZWM
} X<Za9
b5ie <s
public class WAV UPCQs",
{ zCXqBuvu1
public void Play() [ET6(_=b
{ m^!Sv?hV
MessageBox.Show("Play the wav file."); yYAnwf
} 4".J/I5u
} .PVLWW
GCE!$W
Public class MediaPlayer ?)A2Kw>2
{ 1czG55 |
switch (audioType.ToLower()) d5xxb _oE
{ KS!yT_O
case ("mp3"): ui.'^F<
MP3 m = new MP3(); ;?9A(q_Z
m.Play(); }F{=#Kqn^
break; &>}.RX]t
case ("wav"): +!&$SNLh(
WAV w = new WAV(); :B#EqeI
w.Play(); y~#\#w{
break; zi!#\s^
} t/:w1rw
} O4+F^+qN
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。 <GW R7rUH
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) P!+v:'P5f
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。 :k!j"@r
public class AudioMedia `!c,y~r[
{ x72G^`Wv
public void Play() GfsBQY/
{ 4UCwT1
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); <Ry$7t,
} RebTg1vGu
} eOrYa3hQ
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)。 IhW7^(p\
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: ]t/f<jKN^
public abstract class AudioMedia *C_[jk@6
{ ,RK3eQ
public abstract void Play(); _om[VKJd
} KSOO?X0j
'0Zm#g
public class MP3:AudioMedia a>b8-j=J
{ w`#fH
public override void Play() 8IWwjyRr
{ 6GOg_P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); qz:]-A
} *]!l%Uf%
} #{>uC&jD
jaqV[*440U
public class WAV:AudioMedia ;f(n.i
{ ('BLU.7IX
public override void Play() !Zj#.6c9
{ @KJV1t`
MessageBox.Show("Play the wav file.");
Ars,V3ep
} uo 4xnzc
} t&pGQ
i puo}
public class MediaPlayer QT_^M1%
{ L<E/,IdE
//根据需要完成任务的单向分派 ~>w:;M=sV8
public void Play(AudioMedia media) fM9xy \.
{ 5Jd`
^U
media.Play(); !OQuEJR
} 0x4l5x$8
} ER2V*,n@
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 LT&/0
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 7?"9J`*
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ]0YDb~UB
public abstract class VideoMedia 9/Wn!Ld
{ hOn
public abstract void Play(); h{H]xe[Q
} 5C65v:Q`N
@|'Z@>!/pV
public class RM:VideoMedia wNR=?Z~
{ /gX%ABmS
public override void Play() ebD{ pc`&
{ %\l0-RA@<
MessageBox.Show("Play the rm file."); 6,zDBax
} ]wR6bEm7
} p`LL
ex:3ua$N
public class MPEG:VideoMedia ]eD [4Y\#t
{ }M="oN~w
public override void Play() YZ{;%&rB
{ d>~`j8,B
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); e~*S4dKR
} Ss+F9J
} LiF.w:}
@M9_j{A
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。 >!<V\
Fj1
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: vS2(Q0+TZi
,`+Bs&S 8
public interface IMedia Y& m<lnB
{ 3} l;
void Play(); z(r"JNO@
} ]svw
CPu C
zM)M_L
public abstract class AudioMedia:IMedia I>!|3ElT
{ .$OjUlzr-H
public abstract void Play(); 5 5a@)>h
} +
p'\(Z(
@}Pw0vC
public abstract class VideoMedia:IMedia i'9eKO
{ 7~L|;^(
public abstract void Play(); %va[jJ
} U<|B7t4M
"hfw9Qm
这样再更改MediaPlayer类的代码: :
qr}M
public class MediaPlayer @!Y.935/0
{ ?!rU
|D
public void Play(IMedia media) z[%[bs2{
{ J511AoQ{R
media.Play(); ;Xz(B4 N~o
} qP@L(_=g
} \?[O,A
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 -<_+-t
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。 =:kiSrBS3t
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。 z)r8?9u
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }D(DU5r
{ T$f:[ye]Z
IMedia media = null; N" 8*FiZ|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n&3iz05}
{ "Fo
case ("mp3"): JB641nv
media = new MP3(); se}pdL}
break; `NTM%# w
//其它类型略; &%@/Dwr
case ("rm"): ?]759,Q3L
media = new RM(); ccIDMJ=2
break; ?L`MFR
//其它类型略; xq8}6Q
} z&\Il#'\m+
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); xzuPie\
player.Play(media); 't||F1X~J
} ))8Emk^Q{
Pm;x]Aj
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 MH C.k=
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。 9;}L{yve
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。 "6 uTo0
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。 z0EjIYI[N
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: _Ac/i r[,:
public interface IMediaFactory IptB.bYc
{ 3RBpbTNWp
IMedia CreateMedia(); @2-Hj~
} liBAJx
]b5%?^Z#
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: ,AGM?&A
public class MP3Factory:IMediaFactory WsG"x>1n
{ 7-g]A2N
public IMedia CreateMedia() $%N;d>[U,
{ 3sd{AkD^
return new MP3(); P2A]qX
} 5WrIg(l
} O6*'gnke
//其它工厂略; *
ePDc'
\<0G
kp
public class RMFactory:IMediaFactory FN{H\W1cf
{ xkk@{}J\
public IMedia CreateMedia() ::^qy^n
{ <DA{\'jJ
return new RM(); w!=_
} [u!p-
} 0R2S@4%Y
//其它工厂略; NgmO0H
pe`TH::p
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。 }.fZy&_
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: "t3uW6&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) tal>b]B;
{ $9LGdKZ_D
IMediaFactory factory = null; p 02nd.R6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) f}evw K[S
{ F:[Nw#gj/
//音频媒体 %RfY`n
case ("mp3"): P>yG/:W;
factory = new MP3Factory(); Zi2Eu4p l{
break; =H.<"7
//视频媒体 kx;xO>dC
case ("rm"): 0XBBA0tq
factory = new RMFactory(); wI1M0@}PV
break; 6Y92&
//其他类型略; bn<I#ZH2
} )D6'k{6 M
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 0{U ]STj
player.Play(factory.CreateMedia()); i4{ /
} 2yi*eR
Kd AR)EU>
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ArEH%e
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: @4W\RwD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e$p1Th*|]4
{ EDPI*@>
IMediaFactory factory = null; 1%]{0P0?[
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4X(1
{ +Zty}fe
case ("mp3"): z$8e6*
factory = new MP3Factory(); 5W:Gl?$S}
break; kcma/d
//其他类型略; ~,M;+T}[r
case ("rm"): b6?Xo/lJ.
factory = new RMFactory(); I49=ozPP
break; g# 9*bF
//其他类型略; K\Y6
cj
} rH}Dt@
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3LmBV\["
media.Play(); (Ay4B*|!
} g O\f:Pg
|aOnV,}
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。 nCSd:1DY
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。 D/!eov4"
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。 Js^r]=\F'
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: @Z=y'yc'y.
-67f33
<appSettings> {_k!!p6
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 7Da^Jv k
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> >FEQtD~F
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> u}@%70A
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> c-3Y SrY
</appSettings> )n3biQL_
4%c7#AX[T
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: B9;,A;E};
private void InitMediaType() 9cw4tqTm
{ =Y=^]ayO/
cbbMediaType.Items.Clear(); 46.q anh
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) [<3Q$*Ew
{ [u9S+:7"
cbbMediaType.Item.Add(key); [&]YVn>kj
} ytBxe]
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; !~$ YD*"S
} Ik@Q@ T"
gYH:EuY,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: vI:bl~
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,{mf+ 3&$,
{ w3]0
!)t1
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ][>M<J
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 'mY,>#sT
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; q%=7<( w
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, /iJcy:J
factoryDllName).Unwrap(); 37M[9m|D*
IMedia media = factory.CreateMedia(); M@LaD 5
media.Play(); N-?|]4e/
} :0TSOT9.
xx`8>2T#e
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。 #*;fQ&p
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: t73Z3M
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 scPq\Qd?O
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!