面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) M/[9ZgDc
1_~'?'&^
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。 N9c#N%cu
一、传统过程化设计思想 s5b<KQ.
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: !/F-EJOH6C
public class MediaPlayer b9f5
{ 11J:>A5zt
private void PlayMp3() oOQan
{ }WQ:Rmi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $~EY:
} .GnoK?
3,+UsB%
private void PlayWav() RXPl~]k#i
{ ;?o"{mbb
MessageBox.Show("Play the wav file."); e?aSM
} sx9[#6~{Y
(ds*$]
public void Play(string audioType) fQU_A
{ a.<!>o<t:
switch (audioType.ToLower()) @S012} xH
{ [o'}R`5)
case ("mp3"): +w?1<Z
PlayMp3(); v|kL7t)}
break; QD[l 6
case ("wav"): IetV ]Ff6
PlayWav(); Z${@;lgP
break; B@3>_};Ct
} BW)t2kR&
} zHj_q%A
} Z}O0DfT;
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `O=LQ m`
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 M+Y^ A7
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Z*5]qh2r8
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 z:$TW{%M
二、面向对象设计思想 P[cGCmM
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! YAF0I%PYU
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: "jl`FAu)q
public class MP3 H%c{ }F
{ 6? (8KsaN
public void Play() m+'X8}GC#O
{ an?g'8! r:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7w"YCRKh
} Kib?JRYt
} `=foB-(zt
|B*`%7{+
public class WAV CV,[x[L#{
{ M7lMOG(\
public void Play() @l2AL9z$m>
{ "2/VDB4!FG
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1<9m^9_ro
} -Kf'02
} +%RXV~
`!T6#6h
Public class MediaPlayer 785Y*.p
{ 2|^bDg;W+u
switch (audioType.ToLower()) ].w$b)G
{ }oTac
case ("mp3"): e.g$|C^$m
MP3 m = new MP3(); (3G]-
m.Play(); k@R)_,2HH
break; D#9W [6
case ("wav"): _^ @}LVv+E
WAV w = new WAV(); w4+bzdZ
w.Play(); kjW`k?'s
break; IF*kLl?
} hE/y"SP3
} 1z(y>`ZBq
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。 >&9Iy"
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) C>7k|;BvF
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。 `qsn;
public class AudioMedia
v4<x 4
{ /SD2e@x{U
public void Play() :XZ
{ Ad7=JzV
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); HPj7i;?O
} 9X{aU)"omQ
} t
UW'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)。 (iiyptJ
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: tL4xHa6v]
public abstract class AudioMedia ^Sr`)vP
{ 0)qLW&
w
public abstract void Play(); vi>V6IC4v
} >!YI7)
Lp/]iZ@
public class MP3:AudioMedia 7QRtNYo#\
{ {ByT,92
public override void Play() VL<)d-
{ [OsW
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >b/0i$8
} L*VGdZ
} ;z7iUke0%
'bg%9}
public class WAV:AudioMedia nyPA`)5F0
{ GRj{*zs
public override void Play() gGdZ}9
{ S*CRVs
MessageBox.Show("Play the wav file."); Kc\0-3 Z
} ziy~~J
} zn3i2MWS
@,sg^KB
public class MediaPlayer ?
B^*YCo7(
{ 4 ITSDx
//根据需要完成任务的单向分派 15gI-Qb
public void Play(AudioMedia media) JWrvAM$O
{ +B'9!t4 2
media.Play(); p2y
h
} gzHjD-g-<
} s\Cl3
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)。 Ph.$]yQCc]
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 /^0Hi4+\
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: +;z4.C{gM
public abstract class VideoMedia 4aZsz,=
{ 37!}8
public abstract void Play(); -]PW\}w1
} +3t(kQ
Md_\9G .e
public class RM:VideoMedia G(4:yK0
{ G#CWl),=
public override void Play() t L;;Yt
{ 7IZ(3B<87t
MessageBox.Show("Play the rm file."); s6). ?oE
} \"PlM!0du
} ;mo}$^49*
L1"X`Pz[}
public class MPEG:VideoMedia R{6.O+j`
{ E(
*$wD
public override void Play() }
ho8d+A
{ z/rN+ ,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #!y|cP~;I
} P67r+P,
} !Nl"y'B|
Q.6pmaXrb
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Ctt{j'-[
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: g[@]OsX
Mk[_yqoCO
public interface IMedia E9226
{ .Fh5:WN
void Play(); 35jP</
} sOLo[5y'
R`>E_SY
public abstract class AudioMedia:IMedia [N#2uo
{ Cg21-G.
public abstract void Play(); UXa3>q>
} (g~&$&pa
n&[U/`o
public abstract class VideoMedia:IMedia -_pI:K[
{ +5);"71
public abstract void Play(); ;Cyt2]F
} jB?Tua$,s
2J|Yc^b6
这样再更改MediaPlayer类的代码: D@d/O
public class MediaPlayer ycCEXu2F
{ Te!q(;L`4
public void Play(IMedia media) ~`mOs1 d
{ R4QXX7h!
media.Play(); &&(sZGw
} S|!U=&
} g4j?E{M?
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 -@L*i|A
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。 6]Ppa ~Xwq
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。 tq>QZEg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M*+_E8Lh
{ m[ txKj.=_
IMedia media = null; Sjj &n S
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #xE"];
{ yZA}WTGe
case ("mp3"): "o}3i!2Qr
media = new MP3(); U4O F{
break; tX Z5oG7
//其它类型略; vVZ@/D6w
case ("rm"): `Nu3s<O7CF
media = new RM(); /o![%&-l
break; 81H04L9K 7
//其它类型略; 1c+[S]7rY
} aLuxCobV
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); aeE9dV~
player.Play(media); Eh0R0;l5>
} *wyaBV?*K
i>q]U:U
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 g;eMsoJG
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。 {o5E#<)
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。 Ck(D:
% ~s
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。 !lL21C6g+
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: 0j4bu}@
public interface IMediaFactory -5d8j<,
{ $0sUh]7y
IMedia CreateMedia(); 8TC%]SvYim
} Q6kkMLh
nP4jOq*H
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: O^4:4tRpt
public class MP3Factory:IMediaFactory Z]":xl\7
{ AXz'=T}{
public IMedia CreateMedia() )5)S8~Oc
{ p?=rQte([
return new MP3(); +!dIEt).U
} z)yxz:E
} KS1Z&~4
//其它工厂略; Qy5\qW'
*w59BO&M4
public class RMFactory:IMediaFactory z9YC9m)jK
{ Y*B}^!k6
public IMedia CreateMedia() L&Bc-kMH
{ TpuN[Y
return new RM(); ?7/n s>}
} ,H1j&]E!
} W<u63P
//其它工厂略; $
;~G
P0DvZV8
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。 _)zSjFX9
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: HpuHJ#l
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mn?<
Zz
{ M8:gHjwsx
IMediaFactory factory = null; rM<c;iQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) S;a{wYF6v
{ \O^b|0zc
//音频媒体 2zh?]if
case ("mp3"): \zR{D}aS
factory = new MP3Factory(); Elh: %dr Q
break; IdUMoLL?
//视频媒体 Y)g7
E"
case ("rm"): ,X)0+DNsq
factory = new RMFactory(); | wKZ-6
break; N3TkRJZ
//其他类型略; c*9RzD#Zj
} x'+lNlv
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); k2"Z:\?z
player.Play(factory.CreateMedia()); C5\bnk{
} pZuYmMP
Txj%o5G
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。 }>6=(!
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: ,/C<GFae
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) A+69_?B
TH
{ G5 Y 8]N
IMediaFactory factory = null; r,A750P^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) b-@6w(j
{ `)*
case ("mp3"): x4pl#~Su
factory = new MP3Factory(); pe Y( 4#
break; W0K&mBu
//其他类型略; SVpvx`&kT
case ("rm"): 6cb;iA
factory = new RMFactory(); Uz>5!_
break; $oHlfV/!
//其他类型略;
^GB9!d.
} h3h2 KqM'
IMedia media = factory.CreateMedia(); Ma0_!|i
media.Play(); 'bN\bbR
} l=`)yc.
8G?'F${`
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。 68kxw1xY
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。 `f}}z5
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。 #%il+3J
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: ]m{;yOQdsC
r3mB"("Z'
<appSettings> tV9BVsN
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> $Ud-aRlD
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> @ZK#Y){
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> EtWpB g
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> fJtJ2x i
</appSettings> }"06'
ZsirX~W<
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: j/5>zS
private void InitMediaType() ,]w-!I
{ 5][Rvu0
cbbMediaType.Items.Clear(); xC9^x7%3O
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 72GXgah
{ DQDt*Uj,
cbbMediaType.Item.Add(key); 1uG?R
} wciYv,
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; U59uP
7n
} is}o5\JEL
#r `hK)
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5H1SC8+B,
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IpXg2QbN
{ %qcBM~efT
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); if9I7@
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); `o8b\p\zn
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; L%ND?'@
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l!ltgj
factoryDllName).Unwrap(); f#pT6
IMedia media = factory.CreateMedia(); hV;Tm7I2
media.Play(); )NGBA."t
} /ZlW9|
8)&H=#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。 IJ3[6>/M0
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: w6y?D<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {c<MB xk
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!