面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) R
+WP0&d'
WC|.g,9#
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。 gMaN)ESqd4
一、传统过程化设计思想 ho0@ l
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: ^d~1E Er
public class MediaPlayer Pri`K/
{ 4Rvf
private void PlayMp3() #@"<:!?z
{ AKRTBjG"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,{LG4qvP
} k&.Jk
B"
h3Q21D'f
private void PlayWav() _h":>
{ 9Iz%ht
MessageBox.Show("Play the wav file."); Sp^9&^
} "V$Bnz\n
w*|7!iM
public void Play(string audioType) {WPobP"
{ e{v=MxO=S
switch (audioType.ToLower()) x
>^Si/t
{ QC X8IIHG
case ("mp3"): cdG|m[
PlayMp3(); sRrzp=D
break; 9M1d%jT
case ("wav"): "sl1vzRN
PlayWav(); 7g(F#T?;'
break; :P@rkT3Q t
} 4y5UkU9|
}
NsJ(`zk:
} *0>mB
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 !}r%
u."
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 NN1$'"@NL
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! 6+KHQFb&N
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。 R#DwF,
二、面向对象设计思想 5GPo*Qpl
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! 8G5m{XTS(
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: hDp6YV,q
public class MP3 ^4`Px/&
{ =@8H"&y`
public void Play() hQDTS>U
{ +C(/Lyo}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ea00\
} |R#"Th6mH!
} n Ml%'[u
mK [0L
public class WAV ^+m+zd_
{ `p7&>
BOA
public void Play() K%Rj8J7|u?
{ {nvLPUL
MessageBox.Show("Play the wav file."); GKFq+]W
} V]vc(rH
} F`9ZH.
jvV9eA:zl
Public class MediaPlayer <@Fy5k-%.
{ N]<!j$pOz
switch (audioType.ToLower()) L
{ ~2zMkVH
case ("mp3"): HCa
MP3 m = new MP3(); wu4NLgkE
m.Play(); NSFs\a@1
break; {M?vBgR\B
case ("wav"): .^m>AKC0cX
WAV w = new WAV(); ryc& n5
w.Play(); "n=vN<8(o
break; V2<?ol
} lZrVY+D
} YTjkPj:
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。
W":PG68
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) `St.+6^J
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 C{q :_M;
public class AudioMedia !QT'L,_
{ XbZ*&
public void Play() 60)iw4<wf
{ KV*xApb9y
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); }irn'`I
} bC3 F
} 4ON_$FUe
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)。 @5[kcU>
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: ]Y| 9?9d
public abstract class AudioMedia s #S%#LM
{ vc]cNz:mQ
public abstract void Play(); DtEwW1J
} XJ0oS32_wK
k,uK6$Z
public class MP3:AudioMedia 80$fG8
{ /2RajsK
public override void Play() .?>5-od2
{ hHPs&EA.p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "aFhkPdWn
} ~-83Q5/[
} N<L`c/
&l?+3$q
public class WAV:AudioMedia !P$'#5mr
{ o1/lZm{\~n
public override void Play() ~kCwJ<E
{ olW|$?
MessageBox.Show("Play the wav file."); gBf4's
} jkF8\dR
} 1[*{(e
j2Pn<0U
public class MediaPlayer X{g%kf,D=
{ O3.C:?;x
//根据需要完成任务的单向分派 H\GkW6
public void Play(AudioMedia media) CZEW-PIhj
{ =D^TK-H
media.Play(); Sc]P<F7N]
} poJg"R4
} Ft@Wyo`^
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 F#{gfh
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Se!)n;?7Sw
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: E&B{5/rv
public abstract class VideoMedia Y?#i{ixX6n
{ Y&2aO1
public abstract void Play(); 4q$H
} ?_`0G/xl
U4Nh
public class RM:VideoMedia B/"2.,
{ L"<B;u5pM
public override void Play() ^\:2}4Uj_
{ E:nt)Ef,
MessageBox.Show("Play the rm file."); ,eQ[Fi!!
} n$2 RCQ
} Iwpbf Z
s{/qS3=
public class MPEG:VideoMedia XV'fW~j\
{ T ^JuZG
public override void Play() e(1k0W4B
{ yZJ*dadAr
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Gowp
<9 F
} y7<&vIEC
} 4(vyp.f
;TZGC).6
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 &14W vAU
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: K%}}fw2RMN
Q1>zg,r
public interface IMedia qvt-
{ CsS p=(
void Play(); -PAF p3w\y
} gY`Nr!O
U '[?9/T
public abstract class AudioMedia:IMedia 1h"_[`L'
{ #/j ={*-
public abstract void Play();
wAbp3h X
} ]2+g&ox4'
X9~m8c){z
public abstract class VideoMedia:IMedia wVi%oSfM
{ :G'xi2bs
public abstract void Play(); DM3B]Yl
} bdV3v`
t ,qul4y}
这样再更改MediaPlayer类的代码: nR8]@c C
public class MediaPlayer LD+f'^>>Z
{ gZ(O)uzv
public void Play(IMedia media) W81o"TR|pt
{ .R5/8VuHF
media.Play(); NcL
=zo<
} 015Owi
} jeDlH6X'
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 =sQ(iso%f
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ~q%
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 *kaJ*Ti-/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ccO
aCr
{ \_oy$>;
IMedia media = null; F(CRq`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W._G0b4}
{ =cfm=+
case ("mp3"): @)sc6
*lnW
media = new MP3(); $
u2Cd4
break; _1JmjIH)M
//其它类型略; Wp*sPZ
case ("rm"): )
YSh D
media = new RM(); 5_G'68;OV
break; L? ;/cO^
//其它类型略; ,0T)Oc|HL/
} -
8syjKTg
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); xQz#i-v
player.Play(media); ^now}u9S6
} NyJnOw(
QAvWJydb
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 #J+\DhDEPO
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。 ",Wf uz
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。 U5rxt^
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。 {v+a!#{c7
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: 'P/taEi=R
public interface IMediaFactory Tcs3>lJ}
{ v_-ls"l
IMedia CreateMedia(); >5i ?JUZ
} +-HE'4mo
C
MqM;1
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: }Z6nN)[|0Y
public class MP3Factory:IMediaFactory hZ#\t
{ -]&<Sr-
public IMedia CreateMedia() fjkT5LNxk
{ #J.u
return new MP3(); R+^z y"~
} sM9-0A
} b@-)Fy4d2
//其它工厂略; P`!Ak@N
9`&77+|;e
public class RMFactory:IMediaFactory t/Z!O
z6ZE
{ P7 8uq
public IMedia CreateMedia() "4[<]pq
{ 2$ VTu+
return new RM(); }9Qf #&o
} )tPl<lb
} ?W<cB`J
//其它工厂略; Y?.gfEXSQo
>'0lw+a
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。 g!`BXmW
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}z{AZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0(vdkC4\A
{ 7h1"^}M&
IMediaFactory factory = null; M;@Ex`+?i
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |
W?[,|e
{ ZW2s[p r
//音频媒体 [5LMt*Y
case ("mp3"): aZ/yCS7
factory = new MP3Factory(); *C/KM;&
break; /T#o<D
//视频媒体 gDc]^K4>
case ("rm"): 3It8&x:
factory = new RMFactory(); (lWKy9eTy`
break; Jh(mbD
//其他类型略; 2_Jb9:/X
} DD6 'M
U4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); A xR\ned
player.Play(factory.CreateMedia()); &u4Ve8#
} z{V8@q/
T;%+ ]:w<
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。 %rFllb7
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: ?7 X3P
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) u
dUXc6U
{ T@>63
IMediaFactory factory = null; Q5T(nEA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 'w`d$c/p
{ L.Vq1RU\"
case ("mp3"): 6fQ*X~| p
factory = new MP3Factory(); PJ6$);9}6
break; k#-[ M.i
//其他类型略; p|;o5j{
case ("rm"): ^1vq{/ X
factory = new RMFactory(); L`JY4JM"
break; ;lk f+,;
//其他类型略; 6%z`)d
} rOhA*_EG
IMedia media = factory.CreateMedia(); nO%<;-=u\
media.Play(); kz|[*%10
} )rS^F<C
2PI #ie4
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。 b__n~\q_
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。 PKATw>zg<
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。 ~EPjZ3 ?
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: s!=!A
}K+\8em
<appSettings> ~JT lPU'
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> H|'$dO)W
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> i|[S5QXCh
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> fV v$K&
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 6.vNe
</appSettings> r6<ArX$Yl
DvU~%%(0^
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: W|)(|W
private void InitMediaType() s>V*=#L
{ "%Lmgy:~
cbbMediaType.Items.Clear(); ^r%i3
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5@""_n&FV
{ FJ nG<5Rh
cbbMediaType.Item.Add(key); I *1#
} !/[AQ{**T!
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ta2z
} 78\\8*
#NSaY+V
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: mfUKHX5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;Ce 2d+K
{ jWz|K
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); s-y'<(ll
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ?T~3B]R
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
; \Y-
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, >2*6qx>V
factoryDllName).Unwrap(); ?m`R%>X"
IMedia media = factory.CreateMedia(); g(M(Hn7
media.Play(); \q|e8k4p
} p3i
qW,[@
>V3W>5 X
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。 6eVe}V4W
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,UW&iLK
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 cC*zj\O
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!