面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) r.M8#YL
~ar8e
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。 ,X6.p
一、传统过程化设计思想 DmAMr=p
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: *,1^{mb
public class MediaPlayer Y604peUF
{ k!E`Xeob
private void PlayMp3() d#7 z
N
{ R{S{N2+p(
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); M@@"-dy
} bG
nBV7b
2GECcx53
private void PlayWav() c0ET]
{ *ie#9jA
MessageBox.Show("Play the wav file."); hnS
~r4
} $oK,&_
.(Q3M0.D
public void Play(string audioType) mJb>)bOl
{ Er}
xB~<t
switch (audioType.ToLower()) '3=[xVnv
{ _5#f9,m1
case ("mp3"): ]t_AXKd
PlayMp3(); (_-<3)q4
break; 'LIJpk3J
case ("wav"): o PRvd_~
PlayWav(); reLYtv
break; m<005_Z0Q
} [>#?C*s
} ~]?Q'ER
} &s_O6cqgh
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 e$QX?y .
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。 $A6'YgK
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! VR5$[-E3
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。 $Hqm 09w
二、面向对象设计思想 S:{hgi,T*
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! sJtz{'
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: VkFTIyt
public class MP3 Y1EN|!WZ
{ ~=(?Z2UDA_
public void Play() 7(na?Z$
{ +jzpB*@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \Oh9)X:I
} 0rY<CV;fZ
} 9ZUG~d7_
69(z[opW
public class WAV fKIwdk%!-
{ 2Xk(3J!!'a
public void Play() ?,NZ/n
{ 6d"dJV.\
MessageBox.Show("Play the wav file."); KZeRbq2jJ
} '#[U7(lIQ
} A:[La#h|p
ohusL9D
Public class MediaPlayer 2H fP$.
{ wG2lCv`d
switch (audioType.ToLower()) ,6PV"E)_
{ YTxUKE:
case ("mp3"): yd5r]6ej
MP3 m = new MP3(); 2?rg&og6
m.Play(); 3toY #!1Ch
break; 34U/"+|z
case ("wav"): / 78gXHv
WAV w = new WAV(); ')I/D4v
w.Play(); KbVV[ *
break; 7qA);N
} x_{ua0BLDf
} F>2t=r*9
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 LlL\7?_;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Zu:cF+hl
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 eSoOJ[&$
public class AudioMedia Wcn3\v6_
{ Y&`Vs(
public void Play() hJ#U;GL
{ ~\DC
)
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); P
(jlWr$$
} UZMo(rG.]{
} d6,%P6
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)。 BIDmZU9tL
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: ^CI.F.#X|
public abstract class AudioMedia %k{~Fa
{ 0}hN/2}&
public abstract void Play(); fm87?RgXD
} 3G8BYP
:h0as!2@dp
public class MP3:AudioMedia v>.nL(VLjP
{ PTIC2
public override void Play() W&}YMb
{ ;r>?V2,tm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); JT&CJ&#[h
} :1eI"])(
} 6#6Ve$Vl]
O\pqZ`E=s
public class WAV:AudioMedia kmNY
;b6Y$
{ oP5G*AFUq
public override void Play() >>Hsx2M
{ #*,Jqr2f
MessageBox.Show("Play the wav file."); I>bLgt]u3
} Pk[f_%0
} 1gts=g.
~el#pf~
public class MediaPlayer #>O,w0<qM
{ !tv3.:eT
//根据需要完成任务的单向分派 <<LmO-92
public void Play(AudioMedia media) n_AW0i.
{ !V$nU8p|
media.Play(); s
,\w00-:
} [nn/a?Z4S
} ?c"No|@+
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)。 a-x8LfcbF
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。 l!Z>QE`.S
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: N+\#k*n?
public abstract class VideoMedia 26>e0hBh&
{ gl:vJD
public abstract void Play(); !Qjpj KRy
} t#MU2b
c)#b*k,lw<
public class RM:VideoMedia ?,]%V1(@V`
{ 468LVe?0
public override void Play() ?RiW:TQ*
{ kI]i,v#F
MessageBox.Show("Play the rm file."); 5&v'aiWK
} (' /S~
} djqSW9
c%>t(ce`Tl
public class MPEG:VideoMedia a2vUZhkR
{ jWiZ!dtUZ
public override void Play() ~^$ONmI5
{ `x~k}
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); p*_g0_^
} F0o7XUt
} MG[?C2KA/
g10$pf+L
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。 99G/(Z}
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: Df||#u=n
m/=,O_
public interface IMedia [{6]i J
{ \r^=W=
void Play(); Sq %BfP)a(
} 35) ]R`f
&qz&@!`
public abstract class AudioMedia:IMedia ?{\8!_Gvsl
{ k<ku5U1|
public abstract void Play(); s!nFc{
} /$\yAOA'y
I|m fr{
public abstract class VideoMedia:IMedia %<O'\&!,
{ 7.CzS
public abstract void Play(); j7<`^OG
} ]x:>~0/L
LT!.M m
这样再更改MediaPlayer类的代码: -5>K
pgXo\
public class MediaPlayer K_ Y0;!W
{ H&[ CSc
public void Play(IMedia media) A;1<P5lo
{ YTL [z:k}
media.Play(); I"#jSazk
} {Mp>+e@xx
} yC
=5/wy`
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ]?#f=/
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。 YUfuS3sX}
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。 ppN96-]^0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |q^e&M<
{ 6aK'%K
IMedia media = null; }EE
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LDBxw
{ [
8N1tZ{`
case ("mp3"): "}*P9-%
media = new MP3(); jeN_
sm81b
break; ?CA P8 _
//其它类型略;
Jh{(xGA
case ("rm"): SLSJn))@!
media = new RM(); L q'*B9
break; x@m"[u
//其它类型略; ZL #4X*zT
} \ s`'3y
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #?}k0Y
player.Play(media); yf*MG&}
} ~)tIO<$U
v#IW;Rj8
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 %g5weiFM
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。 E+dr\Xhv
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。 @,CCwiF'q
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。 Z?oFee!4
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: K*'(;1AiW
public interface IMediaFactory 2[[pd&MJZ
{ }KCXo/y
IMedia CreateMedia(); mc?5,oz;pz
} A~\:}PN
q!7z4Cn
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: 6?+bi\6
public class MP3Factory:IMediaFactory LV0g *ng
{
&e7yX
public IMedia CreateMedia() D4}WJMQ7s
{ |n=m8X
return new MP3(); 1oFU4+{ 4
} sw' 20I
} Axk
p
//其它工厂略; UB|Nx(V s
k^ B'W{
public class RMFactory:IMediaFactory 6>%)qc$i
{ !Lb9KDk
public IMedia CreateMedia() Kk!D|NKLC
{ t.j q]L
return new RM(); R7KHfXy'm
}
kej@,8
} bo <.7
//其它工厂略; l4O}>#
I= x
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。 8|d lt$
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: j08G-_Gjn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) FnP/NoZa>
{ uB
6`e!Q
IMediaFactory factory = null; <&8cq@<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2"'0OQN0\
{ +@cf@}W6QC
//音频媒体 4_&$isq
case ("mp3"): U2ecvq[T
factory = new MP3Factory(); \'GX^0yK
break; yT-m9$^v
//视频媒体 r@e_cD]
M
case ("rm"): +'=^/!
factory = new RMFactory(); ?fnJ`^|-r
break; #fG!dD42
//其他类型略; b^y#.V.|k
} .m7iXd{
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )cUc}Avg}
player.Play(factory.CreateMedia()); {3$ge
} C&NoEtL>s
?)",}XL6
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。 I:]s/r7
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: Vd)iv\a
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cI?dvfU?
{ =5oFutg`
IMediaFactory factory = null; 00%$?Fyk
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 1#(,Bq4
{ >J 3N,f
case ("mp3"): ^gw_Up<e6
factory = new MP3Factory(); 6y%BJU.I
break; UI<'T3b
//其他类型略; =k2+VI
case ("rm"): H }uT'
factory = new RMFactory(); >pv~$
break; 2(5wFc
//其他类型略; `2J6Dz"W
} }f^K}*sK$5
IMedia media = factory.CreateMedia(); WyA>OB<Zeq
media.Play(); w/d9S(
} e|):%6#
vo!:uvy;2
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。 dB<BEe\$g.
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。 Z A1?'
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。 qOZc}J0
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: AcrbR&cvG
Mq[;:
<appSettings> }-V .upl
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> (4$lB{%
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 4D$$KSa
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 9V.)=*0hp
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> k#JFDw\
</appSettings> I?4J69'
u`gy1t `
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: \
CV(c]
private void InitMediaType() WT'P[RU2
{ gO*cX&
cbbMediaType.Items.Clear(); 'RQZU*8
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) viD+~j18
{ , *e^,|#
cbbMediaType.Item.Add(key); 67 7p9{:
} K\IS"b3X
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; KP_=#KD
} H#m)`=nZSZ
7Q0M3m
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: {8@?9Z9R{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e~'y %| D
{ 2i |wQU5w
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 9{70l539
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); QMy;?,
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; YDi_Gl$
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Ea!}r|~]0
factoryDllName).Unwrap(); gBYL.^H^l
IMedia media = factory.CreateMedia(); Hi,_qlc+
media.Play(); +]I;C
} A{x&5yX8
]8+%57: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。 +**H7: bO
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: ^ T(l3r
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 9^v|~f
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!