面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ~TDzq -U)
} ^"0T-ua
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。 1SW4Y
一、传统过程化设计思想 &1wpGJqm
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: qZaO&"q
public class MediaPlayer mD7}t
{ *z0K%@M
private void PlayMp3() D(Qa>B"1
{ W57&\PXYn
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kMy<G8 s
} 2 H[ ; v +
{Eu'v$c!
private void PlayWav() FV
A
UR
{ IX9K.f
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0[/vQ+O ]2
} -kl;!:'.3
14H'!$
public void Play(string audioType) nbGoJC:U
{ c45tmul
switch (audioType.ToLower()) sAi&A9"*
{ `(!NYx
case ("mp3"): j 1(T )T
PlayMp3(); _gKu8$o=-
break; 6xarYh(
case ("wav"): ^'vIOq-1v
PlayWav(); &<Mt=(qY1
break; >uTPjR[
} wcZbmJ:
} 3 jF|Ic
} exQ#<x*
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 'M8aW!~
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Wr5 Q5s)c
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! hK(tPl$
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。 x=-0 zV
二、面向对象设计思想 =EW3&+Lt
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! vX+.e1m
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: qD-fw-,:
public class MP3 [ ?iqqG.
{ ^av6HFQ
public void Play() G>%AZr{M
{ ?*H9-2W@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @9 )}cg
} mb\h^cKaq
} txq~+'A:+
G2]^F Y
public class WAV /s|{by`we4
{ :y#T9R9
public void Play() R"+wih
{ o.Oq__ >$H
MessageBox.Show("Play the wav file."); _ h9o@
} ',ZF5T5z@
} 2n|CD|V$ux
DyfsTx
Public class MediaPlayer Mra35
{ F;u_7OM
switch (audioType.ToLower()) x=]S.XI
{ -U-P}6^
case ("mp3"): 5M:D?9E+
MP3 m = new MP3(); ES}. xZ#~
m.Play(); \}JrFc%O
break; #Qh>z%Mn^3
case ("wav"): b9Y_!Qe
WAV w = new WAV(); - $JO8'TP
w.Play(); >w.'KR0L
break; `T"rG}c
} c@R; /m:R
} \a))
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。 uZIJoT
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) _BS
9GB
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。 7,'kpyCj
public class AudioMedia ?NG=8.p
{ +=eR%|!@
public void Play() 81F,Y)x.
{ lY'N4x7n
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); rk|@B{CA;
} Zx{96G+1
} bik*ZC?E
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)。 >(3\kiYS
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: #BY`h~&T
public abstract class AudioMedia #@qN8J}R
{ OeElMRU"
public abstract void Play(); !aNh!
} ONX8}Ob~
+e P.s_t
public class MP3:AudioMedia por/^=e{Y
{ qX#MV>1
public override void Play() 9+qOP>m
{ >jx.R
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 3fr ^ T
} OgCy4_a[f
} wLJ]&puwm
tous#(&pK
public class WAV:AudioMedia S8vV!xO
{ UE :HMn6
public override void Play() [}2Z/
{ 2.lgT|p
MessageBox.Show("Play the wav file."); 5`-UMz<]
} PaO-J&<
} qlsQ|/'D
6f)2 F<
7
public class MediaPlayer 0CAa^Q^w
{ qp p/8M
//根据需要完成任务的单向分派 M \D]ml~
public void Play(AudioMedia media) ;inzyFbL=
{ p_2pU)%
media.Play(); 1n=_y o
} L":bI&V?:
} _P7tnXww
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)。 1S:|3W
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。 SJ?)%[(T
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: #VGjCEeU
public abstract class VideoMedia ^G1%6\We
{ }#`:Qb \U
public abstract void Play(); @f1*eo5f
} V[;M&=,"
y\c"b-lQX
public class RM:VideoMedia ,Zf
9RM
{ o[\HOe~;
public override void Play() p9qKLJ*.C
{ $m| V :/
MessageBox.Show("Play the rm file."); v;EQ, NL
} <a^Oj LLU
} BR5BJX
LT@OWH
public class MPEG:VideoMedia ,0N94pKy
{ ZKpvDH'
public override void Play() #{J,kcxS
{ 5|8^9Oe5
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); sLL7]m}
} /JJw 6[N
} n,'OiVl[
h9s >LY
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。 FMw&(
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: '0RwO[A#1
G"SBYU
public interface IMedia {zLhiUH
a0
{ 3ec`Wa
void Play(); iw9Q18:I}
} 5F"|E-;
=aG xg57
public abstract class AudioMedia:IMedia -yAQ
{ vH[47Cv G5
public abstract void Play(); Nw_@A8-r
} b1#dz]
e [h8}F
public abstract class VideoMedia:IMedia UUe#{6Jx_
{ eU@Cr7@,|
public abstract void Play(); iq$$+y,
} ,m3e?j@;r
PmpNAVE'
这样再更改MediaPlayer类的代码: z+{,WHjo
public class MediaPlayer / |r'
{ uQ1@b-e`5
public void Play(IMedia media) o{:xp r=(
{ b*kfWG-6t
media.Play(); #-VMg+14
} hfWFD,
} `>C<}xO
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 2x]>l?
5b
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。 `fNpY#QsN
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。 xw5d|20b
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X2sH E
{ n/d`qS
IMedia media = null; ?%tMohL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2B0W~x2=
{ /phX'xp
case ("mp3"): -Apc$0ZsN
media = new MP3(); }L=/A7Nk>
break; N"tFP9;K
//其它类型略; BR`ygrfe
case ("rm"):
df}r% i
media = new RM(); <W8t|jt
break; 4*n#yVb/
//其它类型略; +n0r0:z0
} p{A}pnjf
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 796\jf$
player.Play(media); %]gTm7
=t
} $@-P5WcRs
zE T^T5>:
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 B(g_Gm<
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Q#I"_G&{
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 C*=Xk/0
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 _9 .(a
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: r|Z3$J{^"
public interface IMediaFactory $``1PJoi
{ !LMN[3M_
IMedia CreateMedia(); Dr&('RZ4
} 1@48BN8cm'
\*hrW(
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: d_UN0YT<
public class MP3Factory:IMediaFactory B(a-k?
{ v4,h&JLt
public IMedia CreateMedia() ?lGG|9J\
{ F_iXd/
return new MP3(); -&x2&WE'
} GE;e]Jkjn
} rEhX/(n#
//其它工厂略; Xaz o9J
ok^d@zI
public class RMFactory:IMediaFactory =uk0@hy9b
{ NL=|z=q
public IMedia CreateMedia() C
(n+SY^
{ Mv544>:
return new RM(); :bV mgLgG
} `+'rib5
} x9/H/'
//其它工厂略; iX u]e;6
RpWTpT1
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 '|]e<Mt-
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Q)m4_+,d
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?&G`{Ey
{ E1dD7r\
IMediaFactory factory = null; ^'CPM6J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n~"$^Vr
{ <?-YTY|
//音频媒体 w{[=l6L m
case ("mp3"): 4%4avEa"w
factory = new MP3Factory(); (fNUj4[
break; v 8T$ &-HJ
//视频媒体 'w>_+jLT
case ("rm"): #/"8F O%~p
factory = new RMFactory(); K8n4oz#z
break; >EL)X
#e
//其他类型略; 'E/*d2CDM(
} 0iULCK
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); H9h@ sSg
player.Play(factory.CreateMedia()); B]m@:|Q
} 4c
oJRqf=
0&qr
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。 yKYUsp
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: 5>3}_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) d(vsE%/!
{ t*@2OW`!
IMediaFactory factory = null; rg0ma
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,NnhHb2\
{ rG#Z=*b%
case ("mp3"): /? r?it
factory = new MP3Factory(); .Ha'p.
break; A+y
//其他类型略; ;\EiM;Q]
case ("rm"): CTWn2tpW
factory = new RMFactory(); t+5E#!y
break; mj|)nOd
//其他类型略; ,Y3W?
} +!QJTn"3
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?)bS['^1)
media.Play(); |mdi]TL
} D9`0Dr}/2
hN['7:bQ
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。 3qY K_M^[
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。 &]
\X]p
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。 u0P)7~%
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: .sQ=;w/ZA
R[49(>7H4
<appSettings> k>t)g-,2
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> "ZTTg>r
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> |
8qBm
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> bSVlk`
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> :2njp%
</appSettings> e]jH+IR:>
Bo<>e~6P
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: R!l:O=[<
private void InitMediaType() u:aW 8
{ TCT57P#b
cbbMediaType.Items.Clear(); I^oE4o
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) jV(6>BAI_
{ C3G)'\yL
cbbMediaType.Item.Add(key); {R/C0-Q^^
} ix#epuN
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; nXjPx@
} gN)c
;raN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: B||;'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .VTy[|o
{ Lm@vXgMD
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); "V&+7"Q
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); `"qP
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 0IQ'3_
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ^F:k3,_[
factoryDllName).Unwrap(); DE2a5+^
IMedia media = factory.CreateMedia(); rP!#RzL
media.Play(); ]7;\E\o
} 0* /{4)r
BTM),
w2
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。 vD 5vbl
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: WM)-J^)BJ
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 9;?UvOI;
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!