面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) @5# RGM)5^
L5*,l`lET
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。 <AB.`["
一、传统过程化设计思想 tKUy&]T
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: UW[{Y|oE
public class MediaPlayer <.<Q.z
{ N#`aVW'{v2
private void PlayMp3() .iL_3:6f
{
K{00 V#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); x{|n>3l`b9
} uPpRzp
dsxaxbVj%
private void PlayWav() d4P0f'.z
{ 8c'0"G@S
MessageBox.Show("Play the wav file."); %KmB>9
} _(\\>'1q!
].2it{gF?b
public void Play(string audioType) = *A_{u;E
{ rHtT>UE=
switch (audioType.ToLower()) C9}2F{8
{ PHa#;6!5
case ("mp3"): B&m?3w
PlayMp3(); nA]dQ+5sT
break; g/q$;cB
case ("wav"): */L;6_
PlayWav(); (;T;?v`-
break; DOWUnJ;5
} m(3bO[u1
} vN7ihe[C
} ytmlG%
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 j$]t`6gG
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。 AMYoSc
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! 9&W\BQ
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。 ^tuJM:
二、面向对象设计思想 r`cCHZo/V
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! cuR|cUK
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: j>s%q.
public class MP3 *k'9 %'<
{ ^ D
B0C
public void Play() |l ~BdP
{ 5Tpn`2F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @Ds?
} @ z#k~
} h3p 3~xq
ZrA\a#z"<
public class WAV G-n`X":$DT
{ $vy.BYFm
public void Play() cp?`\P
{ HXdPKS4q
MessageBox.Show("Play the wav file."); z<<` 1wqg
} =-`+4zB\
} Y=3Y~
6w}:w?=6
Public class MediaPlayer O:7y-r0i
{ JpDYB
switch (audioType.ToLower()) ooZ7HTP|
{ T"d]QYJS
case ("mp3"): (I[o;0w
MP3 m = new MP3(); :`
~b&Oz)
m.Play(); 6xFZv
t
break; 9D#PO">|
case ("wav"): 6!"15dPN
WAV w = new WAV(); (`!|
Uf$
w.Play(); ao-C9|2>NU
break; n1ED _9
} 2tr2:PB`
} *q0N$}k
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 6U/wFT!7$
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) K5.C*|w
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。 `a6;*r y
public class AudioMedia Q49|,ou[H
{ &e rNVD5o
public void Play() THua?,oyW
{ k2@IJ~
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); )nJ>kbO~8
} ;:!LAe
} _&z>Id`w
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)。 gR( c;
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: B\=&v8
public abstract class AudioMedia uyA9`~p=#
{ WWO jyj
public abstract void Play(); h NoN=J
} A!f0AEA,
'Aqmf+Mm
public class MP3:AudioMedia Yj"UD:p
{ iK#{#ebAoW
public override void Play() w}1)am&pD
{ Ml3F\ fAW
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); HIU@m<
} Z~nl{P#
} .6"7Xxe]<
9qW,I|G
public class WAV:AudioMedia zV&3l9?U
{ )b7mzDp(
public override void Play() 9BY b{<0tS
{ ~8X'p6
MessageBox.Show("Play the wav file."); + mcN6/
} TB[vpTC9)
} /Yh([P>
i!HGM=f
public class MediaPlayer [V f|4xcD
{ m88~+o<G%
//根据需要完成任务的单向分派 5a`}DTB[Co
public void Play(AudioMedia media) qb<gh D=j
{ 4mAtYm
media.Play(); =,'Z6?%p
} 4(&'V+o
} qa~[fORO[
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)。 !+6l.`2WI
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。 + ND9###
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: mOB\ `&h5
public abstract class VideoMedia 4_Jdh48-d
{ e&5K]W0{
public abstract void Play(); 'YG`/@n;
} ?MYD}`Cv
Dpd$&Wr0Y
public class RM:VideoMedia yU.0'r5uR
{ >
95Cs`>d
public override void Play() GCKl[<9*
{ 8zCAy@u
MessageBox.Show("Play the rm file."); 54{"ni2a
} +Xp;T`,v
} H1[aNwLr
%awS*
public class MPEG:VideoMedia z!+<m<
{ $-RhCnE
public override void Play() >DRs(~|V#
{ @_Zx'mTI
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B<LavX>F
} + LwoBn>6
} D$cMPFa2Nt
*ls6#j@
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。 bwJi[xF
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:
n@Ag`}
@nP}q!y
public interface IMedia o
FLrSmY)E
{ DVJc-.x8
void Play(); i[pf*W0g
} $<4Ar*i
{yHfE,
public abstract class AudioMedia:IMedia 7gwZ9Fob
{ `<zb
public abstract void Play(); }dUC^04
} i!3K G|V
_kHpM :;.
public abstract class VideoMedia:IMedia %SGO"*_
{ M9#QS`G
public abstract void Play(); p|d9g
^
} =!^iiHF
@<G/H|f
这样再更改MediaPlayer类的代码: (weokP!
public class MediaPlayer F9\Ot^~
{ GZEonCk[&
public void Play(IMedia media) (J&Xo.<Z-
{ mM*yv
media.Play(); lrhAO"/1
} ~8(X@~Tn*
} jtv Q<4
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 iyYY)roB
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 prN(V1O
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 RRqMwy>%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e@=[+iJc
{ k8e"5 he
IMedia media = null; }+
2"?f|]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >iH).:j
{ k6'#
case ("mp3"): rA,Y_1b *
media = new MP3(); iBQBHF
break; O'-Zn]@.]
//其它类型略; 9>3Ltnn0
case ("rm"): 0 jP00
media = new RM(); I`W-RWZ
break; CQ.4,S}6'
//其它类型略; `B\KS*Gya#
} i @9Qb
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); hlFU"u_
player.Play(media); ] ZGvRA&
} J(0 =~Z[
(1SO;8k\
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Mc7 <[a
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 *{dD'9Bg
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 e4qk>Cw
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~5 pC$SC6>
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: h0GdFWN
public interface IMediaFactory /P!X4~sTM
{ wYQ1Z
IMedia CreateMedia(); 8U<.16+5Q
} Ag#5.,B-
KPjqw{gR_R
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: 3cfZ!E~^kc
public class MP3Factory:IMediaFactory 3TiXYH
{ jaO#><f
public IMedia CreateMedia() !|<f%UO
{ k[ffs}
return new MP3(); udEb/7ZL
} xeYySM=
} W|H4i;u
//其它工厂略; /cL9?k;o
FJjF*2 .
public class RMFactory:IMediaFactory I6hhU;)C
{ ;h-G3>Il
public IMedia CreateMedia() DtF![0w/
{ =o{: -EKQF
return new RM(); 0(9I\j5`TT
} ~e`;"n@4
} ;sL6#Go?V
//其它工厂略; p21=$?k!;
+A'q#~yILa
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。 U-~*5Dd
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: o^_W $4Fc
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L^5&GcHP0
{ @}&,W
N%
IMediaFactory factory = null; uD ?I>7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) p9&gEW
{ q-3J.VLJ5H
//音频媒体 G {pP}
case ("mp3"): kol,Qs
factory = new MP3Factory(); ,WO%L~db
break; s=q%:uCO
//视频媒体 ,NaV
["9$
case ("rm"): uFrJ:l+
factory = new RMFactory(); g/U$!d_
break; PUQ_w
//其他类型略; 9LqMQv"xW
} bG5^h
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); T.R>xd`9
"
player.Play(factory.CreateMedia()); taWirqd9
} 8"?Vcw&
SgCqxFii
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 HC9vc,Fp
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: M]6w^\4j9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c]%;^)
{ @o4z3Q@
IMediaFactory factory = null; @wYQLZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8`AcS|k
{ E,*JPK-A x
case ("mp3"): 1BMV=_
factory = new MP3Factory(); DqurHQ z)m
break; AQnJxIL:
//其他类型略; ="5k\1W1M
case ("rm"): 2_oK5*j
factory = new RMFactory(); dDv{9D,
break; bK_0NrXP
//其他类型略; QoW(tM
} *tTP8ZCQ[
IMedia media = factory.CreateMedia(); V!pq,!C$v
media.Play(); dl*_ m3T
} EFa{O`_@U
vpeq:h
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。 P;)2*:--)
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。 >~`Y
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。 _SMT.lG
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: }"%!(rx
p<of<YU)
<appSettings> ESC
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> q;~R:}?@
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> }
D/+<
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Qag|nLoT
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ZfFIX5Qd\
</appSettings> Ap
F*a$),
5z9r S<
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: G]L0eV
private void InitMediaType() 652u Z};e
{ Qv&T E3
cbbMediaType.Items.Clear(); ?Ia4H
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >QYh}Z-/%
{ vbr~<JT=
cbbMediaType.Item.Add(key); U-Af7qO
} J>f
/u:.
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +
$k07mb\
} XoDJzrL#
EHH|4;P6
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: >[Xm|A#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2.StG(Y!
{ WafdE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Q;XXgX#l
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); fl!mYCPv
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 7ZF}0K$^B
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, O"@?U
factoryDllName).Unwrap(); c_~XL^B@
IMedia media = factory.CreateMedia(); !d:tIu{)
media.Play(); mBw2
} umJay/>
M.o?CX'
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。 ,$HHaoog
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: ,3G$`
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Zr\2BOcc.l
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!