面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 6w{_+=T
Y~A I2H S
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。 5|N`:h'9M
一、传统过程化设计思想 ^Jq('@
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: o$Nhx_F
public class MediaPlayer e*PUs
{ 3o/f, }_
private void PlayMp3() R){O]<+
{ 8>6<GdGL<n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "kBVHy
} ID!S}D
Zf<T`'_d
private void PlayWav() = >tkc/aa
{ S.1>bs2
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ol+D"k~<C
} ]?wz.
0)~c)B:5
public void Play(string audioType) $@71 w~y
{ QRBx}!:NZ#
switch (audioType.ToLower()) knph549
{ N[Ei%I
case ("mp3"): US"g>WLwJ
PlayMp3(); JS%LJ_J
break; w5~j|c=_W
case ("wav"): -l[$+Kw1S
PlayWav(); "-dA\,G
break; q >>1?hzA
} ~yw]<{ ?
} ~LV]cX2J(
} >dm9YfQ
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。 ryh"/lu[B
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。 oVn&L*H
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! <bSPKTKL
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。 aGi`(|shW
二、面向对象设计思想 'ROz| iJ
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! ?Z?(ky!
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: SlR//h
public class MP3 ZAN~TG<n
{
F;}JSb"
public void Play() 7H{1i
{ Hv^Bw{"/R
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
DwGM+)!
} 6o3#<ap<
} RO/(Ldh
B>!mD{N
public class WAV bEQ- ?X%7
{ c!7WRHJE_a
public void Play() I#O"<0
*r
{ a~_JTH4=t
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]YFjz/f
} [R%*C9Y d
} 4W*o:Y!
K$/"I0YyI
Public class MediaPlayer Fb%?qaLmCv
{ K|-m6!C!7
switch (audioType.ToLower()) &,jUaC5I
{ p!^K.P1 '
case ("mp3"): Hv,ll1@h
MP3 m = new MP3(); U), HrI>;
m.Play(); qmFbq<&
break; Z.Z;p/4F
case ("wav"): 6LGl]jHf
WAV w = new WAV(); MQN~I^v3
w.Play(); |/n7(!7$[v
break; ^tG,H@95
} \X%FM"r
} YARL/V
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。 !<=zFy[J.9
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) n(eo_.W2|
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。 5!qf{4j
public class AudioMedia *p\Zc*N;%
{ z`E=V
public void Play() 0{bl^#$f
{ Er~KX3vF
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); W7
Iy _>
} ut560,h~
} eQ#i.%
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 >L4F'#I
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: FP=-
jf/
public abstract class AudioMedia Er
j{_i?R?
{ Y]0c%Fd
public abstract void Play(); g*YA~J@
} "D_:`@V(
59l9_yFJ
public class MP3:AudioMedia ^$lZ
{ $u~ui@kB
public override void Play() 1Xm>nF~
{ 0'pB7^y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ( s4W&
} (E00T`@t0i
} +z?gf*G_W'
fv8x7l7
public class WAV:AudioMedia @XzfuuE]
{ JP6 Noia
public override void Play() A~a 3bCX+"
{ 7UW\|r
MessageBox.Show("Play the wav file."); lD[@D9
} @U5gxK*
} 9]IZ3
fQX
<af#
C2`B
public class MediaPlayer ,v8e7T
{ SIrNZ^I
//根据需要完成任务的单向分派 7A(4`D J
public void Play(AudioMedia media) |au`ph5
{ 2 >O [Y1
media.Play(); "ufSHrZv
} Z@Q*An
} LS<+V+o2%
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 k"DZ"JC
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 CA`V)XIsP
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ]9w)0iH
public abstract class VideoMedia ,>6a)2xh
{ N}B&(dJ
public abstract void Play(); #9DJk,SP
} TA*}p=?6?!
]YhQQH1>]
public class RM:VideoMedia `&q+ f+z
{ {u1|`=;
public override void Play() >VIFQ\
{ 2ak]&ll+h
MessageBox.Show("Play the rm file."); Bj\
x
} Ka(B&.
} N^oP,^+U
HLPRTta.
public class MPEG:VideoMedia %pjeA[-m#
{ jH<Sf: Y(
public override void Play() MSM8wYcD
{ B;=Z^$%T
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 0$Rn|yqf%
} `
wEX;
} o ;Z"I &
1K@ieVc
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 EEZ~Bs}d
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: lF/
Xs
"]]LQb$
public interface IMedia U~ a\v8l~
{ @Drl5C}+
void Play(); /FXvrH(
} T>nH=
pIK:$eN!/
public abstract class AudioMedia:IMedia fG>3gS6&
{ *Ts$Hj[
public abstract void Play(); Q}B]b-c+E
} \a;xJzc9
(jU_lsG
public abstract class VideoMedia:IMedia UwS7B~
{ )GG9[%H!
public abstract void Play(); xgIb6<qwY
} aIa<,
'62_q8:
这样再更改MediaPlayer类的代码: =L#&`s@)_
public class MediaPlayer tP! %(+V
{ 8493Sw
public void Play(IMedia media) KM[0aXOtv
{ I[K4/91
media.Play(); AH'c:w]~
} M1m]1<
} Xv!Gg6v6
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ^ fC2o%3^
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。 zKJQel5
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。 <CO_JWD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) l59\Lo:
{ Z9M$*Zp
IMedia media = null; )Hin{~h
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) rMIX{K)'f
{ [UzacX t
case ("mp3"): B6IKD
media = new MP3(); nm<VcCc
break; HJg&fkHn1
//其它类型略; |^5"-3Q
case ("rm"): BrSvkce
media = new RM(); C=&n1/
break; Ve"(}z
//其它类型略; #|je m
} $ dI
mA
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); N}n3 +F
player.Play(media); [5IbR9_
} Co(N8>1
$[`rY D/.
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 F%p DF\
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ["&{^
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 /Q7q2Ne^*
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 aG;F=e
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: H:hM(m0?q
public interface IMediaFactory w`8H=Hf
{ -V4{tIQY
IMedia CreateMedia(); P]^OSPRg
} !Q~>)$Cf^
D['J4B
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: )s:kQ~+
public class MP3Factory:IMediaFactory ^ICSh8C
{ ?+d{Rh)y
public IMedia CreateMedia() |LC"1 k
{ 3]kM&lK5\
return new MP3(); 7P(o!%H
} b1#C,UWK
} rAHP5dx:
//其它工厂略; p({@t=L3g
sdO8;v>
public class RMFactory:IMediaFactory .GJbrz
{ j$_?g!I=gK
public IMedia CreateMedia() q
6UZ`9&z
{ lbt8S.fx
return new RM(); D1-w>Y#
} pm=O.)g4`
} Ag\RLJ.KD
//其它工厂略; 5>%^"f
U`3?bhzua
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 x^)?V7[t
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: xa'U_]m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V#$QKn`;
{ fgL"\d}
IMediaFactory factory = null; ,sc#l<v
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) xV+\R/)x
{ ?/MkH0[G =
//音频媒体 d m"R0>
case ("mp3"): Ww8U{f
factory = new MP3Factory(); )?radg
break; jEQ_#KKYJ
//视频媒体 wxK71OH
case ("rm"): )vOBF5
factory = new RMFactory(); g,WTXRy
break; T2]8w1l&K
//其他类型略; 4.,|vtp
} ^kcuRJ0*$
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8i;drvf
player.Play(factory.CreateMedia()); w)S 4Xi=
} Lct_6?
FLQke"6i0:
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。 j}Svb1A
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: Ji,;ri2i
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :kI[Pf!z
{ X4:84
IMediaFactory factory = null; ;sYDs71y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P]^8Enp
{ B0yGr\KJ
case ("mp3"): 1t/c@YUTy
factory = new MP3Factory(); XN
t` 4$L
break; Q?j '4
//其他类型略; ={cM6F}a@
case ("rm"): CZ]Dm4
factory = new RMFactory(); (T2HUmkQ6
break; "Y^Fn,c
//其他类型略; "dv\
9O
} 3v3cK1K@oE
IMedia media = factory.CreateMedia(); 7^rT-f07
media.Play();
c %Y*XJ'
} \M.?*p
4Yok,<
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 dbEXlm
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 -}T7F+
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 J| &aqY
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: -,/6 Wn'j
xv$fw>
<appSettings> @(=?x:j
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> qOpwl*?x+
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3`SH-"{j%
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> %jj-\Gz!
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> W^[QEmyn
</appSettings> !p\
@1?
/J-.K*xKt
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: (L4C1h_]9
private void InitMediaType() 34)l3UI~
{ S`mB1(h
cbbMediaType.Items.Clear(); 7`L]aRS[
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 0hkYexX73
{ <<qzZ+u
cbbMediaType.Item.Add(key); [8tpU&J
} > (n/
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; R3_;!/1
} |]q{qsy
U<XfO'XJ
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: GfP'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U"@p3$2QW
{ En-=z`j
G
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Y=sv
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); (]mBAQ#hw
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; UjunIKX+
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, M^l%*QF[,q
factoryDllName).Unwrap(); ueW/i
IMedia media = factory.CreateMedia(); T^d<vH
media.Play(); K\ pZ
} ?t\GHQ$$?
7w5l[a/
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。 L28wT)D-
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: ;
1?L
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 yP-$@Ry
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!