面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) UA~ 4O Q]
+zLw%WD[l
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。 -z-yk~F
一、传统过程化设计思想 Os9EMU$
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: 4]p#9`j
public class MediaPlayer ,:'JJZg@
{ $-t@=N@vO?
private void PlayMp3() nsVLgTbx
{ jC}HNiM78
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |sFd5X
} {m{nCl)y
{dRZ2U3
private void PlayWav() #OjyUQ,
{ mPQT%%MF
MessageBox.Show("Play the wav file."); wWf_d jd
} tk h
*su
q I~*G3
public void Play(string audioType) yoF*yUls^E
{ sSGXd=":
switch (audioType.ToLower()) x6!Q''f7
{ A:Gd F-;[
case ("mp3"): 9c,/490Q
PlayMp3(); =23@"ji@D
break; olxxs(
case ("wav"): ln8NcAEx
PlayWav(); P*|=Z>%[0
break; , .;0xyc
} OA\]|2 :
} VMJaL}J]
} ~Sm6{L
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。 ]'Ho)Q
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。 _$D!"z7i
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! h.ftl2>
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。 }KIS_krs
二、面向对象设计思想 ,tyPZR_
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! @^-Y&N!b=
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: #s\kF *
public class MP3 SRk!HuXh
{ @0t[7Nv-1
public void Play() $)9|"q6
{ "cBqZzkk9j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @b^$h:H
} 4L{]!dox
} HOPy&Fp
x@bqPZ t
public class WAV oZ tCx
{ X;)/<:mX
public void Play() yx4pQL7
{ g:y4C6b
MessageBox.Show("Play the wav file."); Pz:,de~5Qm
} 9Sd?,z
} e?+-~]0
m$v >r\*X
Public class MediaPlayer @sg.0GR
{ yOKzw~;0%
switch (audioType.ToLower()) Y0EX{oxt1
{ aL+>XN
case ("mp3"): 5 *YvgB;
MP3 m = new MP3(); m0v.[61
m.Play(); M
| "'`zc
break; q6nRk~
case ("wav"): 1%N*GJlwJ
WAV w = new WAV(); P\6:euI
w.Play(); a9{NAyl<oo
break; V!^0E.?a
} ' F9gp!s8~
} ZOa| lB (,
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。 iJ8Z^=>
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) )mBYW}} T
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。 `G`R|B
public class AudioMedia leH7II9
{ Z^as ?k(iM
public void Play() .lP',hn
{ wi
jO2F
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); +ls`;f
} dz+Dk6"R
} g\.$4N
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)。 ,3f>-mP
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: ku]?"{Xx
public abstract class AudioMedia URbB2
Bi
{ Jx}-Y*
o
public abstract void Play(); j_<!y(W
} ysIhUpd
$rr@3H+
public class MP3:AudioMedia m26YAcip}
{ +> !nqp
public override void Play() \$Wpt#V
{ '=Lpch2J
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U887@-!3
} 'xkl|P>=],
} 7f ub^'_
=IQ}Y_xr
public class WAV:AudioMedia BYM6cp+S
{ {9V.l.Q
public override void Play() O]@#53)Tz
{ d*gv.mE
MessageBox.Show("Play the wav file."); >JS^yVk
} vMEN14;yH_
} /(5"c>
8Ala31
public class MediaPlayer @$%GszyQ'
{ y<Xu65
//根据需要完成任务的单向分派 fDqT7}L
public void Play(AudioMedia media) x:!s+q`
s
{ 1@KiP`DA
media.Play(); zEW+1-=)+7
} JOt(r}gU
} Y01!D"{\
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)。 e]88 4FP
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。 o#f"wQH;p
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: U-fxlg|-C
public abstract class VideoMedia 3s%ND7!/
{ hPBBXj/=
public abstract void Play(); Sm4BZF~!B
} ]gcOMC
\2a;z<(
public class RM:VideoMedia 8/dMvAB1So
{ s[0`
public override void Play() o&%v"#H2
{ 4^2>KC_
MessageBox.Show("Play the rm file."); Q9O_>mZy
} lm;hW&O9
} a0sz$u
!a F~5P7%
public class MPEG:VideoMedia TK\3mrEI
{ ' :B;!3a0d
public override void Play() -~~h1
{ +@3+WD
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); %wOkp`1-
} HFy9b|pjy
} Z)E)-2U$@
,jis@]:
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。 wT":
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: }5oI` 9VT
V)/J2 -w
public interface IMedia ,/b!Xm:
{ q q&U)-`
void Play(); H@xS<=:lM
} 3_XLx{["'
s)qrlv5H
public abstract class AudioMedia:IMedia jmr
.gW
{ .UL2(0
public abstract void Play(); >iOf3I-ATt
} z6E =%-`
A3_p*n@
public abstract class VideoMedia:IMedia s~ 8g
{ 2Wluc37
public abstract void Play(); Vl5>o$G|<.
} 70 R6:
=+j3E<w
这样再更改MediaPlayer类的代码: ;HXk'xN
public class MediaPlayer C-c'"FHq
{ L>sLb(2\i
public void Play(IMedia media) <6 Rec^QF
{ ANu>*
media.Play(); [h;I)ug[o(
} \~%+)a%%
} m#RJRuZ|2V
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 gUx}vE-
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 2'S&%UyP
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 pPRX#3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +8//mrL_/
{ %`5(SC].
IMedia media = null; uM[|>t
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) tpcB}HUv
{ J Ah!#S(
case ("mp3"): diJpbR^JP
media = new MP3(); 3qe`#j
break; ^w1+b;)
//其它类型略; (y>N\xS9
case ("rm"): d[3me{Rs
media = new RM(); G:$kGzhJ
break; 15j5F5P
//其它类型略;
VR>!Ch
} xc}[q`vK
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ch0^g8@Q[
player.Play(media); (X"5x]7]
} P knOeW"j
X|hYZR
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 G`0O5G:1
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。 <9fXf*
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。 AEyD?^?
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。 x7zc3%T's
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: ]z^jz#>um&
public interface IMediaFactory cl^UFlf[
{ V[/9?5pM
IMedia CreateMedia(); :;eOhZ=_
} BNdq=|,+"
jJiuq#;T3
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: X.4WVI
public class MP3Factory:IMediaFactory U%:%. Bys
{ # atq7tX
public IMedia CreateMedia() Y0,{fw<
{ 3?FY?Q[
return new MP3(); $mM"C+dD
} x&;AY
} #0<pRDXj
//其它工厂略; 2PSExK57
'/HShS!d
public class RMFactory:IMediaFactory L1RD`qXu.
{ ct-Bq
public IMedia CreateMedia() YM_ [
{ ^aAs=KditO
return new RM(); fW2NYQP$:
} > "F-1{
} g3kbsi7_:
//其它工厂略; Gpxp8[ {
U!|)M
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。 ivo><"Y(r
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: M8WjqTq
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) RG45S0Ygj
{ 1w7tRw
IMediaFactory factory = null; }kmAUaa,Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cF15Mm2
{ 7/<~s]D[%
//音频媒体 TzaeE
case ("mp3"): e#HPU
factory = new MP3Factory(); =A6*;T"W
break; kQ\ $0=6N9
//视频媒体 ?Sh]kJO
case ("rm"): i_*yS+Z;
factory = new RMFactory(); 0 j!<eN=
break; _WWC8?6U
//其他类型略; 3:jxr
} r[Pp[g-J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W'vek uM
player.Play(factory.CreateMedia()); $||WI}k3V
} ~>>_`;B
y p{Dl
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。 }>@SyE'Q
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: 4Y59^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $5 G(_
{ Iz+%wAZ|B6
IMediaFactory factory = null; ^oPFLez56
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _=I1
{ 'hr_g* i
case ("mp3"): n)5t!
factory = new MP3Factory(); apm%\dN
break; Gf.ywqE$Y$
//其他类型略; 72~L ?
case ("rm"): ZskX!{
factory = new RMFactory(); }b54O\,
break; OlyW/hd
//其他类型略; Q9OCf"n $
} B`eK_'7t
IMedia media = factory.CreateMedia(); cL#-vW<s3
media.Play(); *RS/`a;,
} kB@gy}
Lm}.+.O~d
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。 ?=Ceo#Er
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。 -b!Z(}JK
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。 y_L8i[
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: yrEh5v:
=A,B'n\R
<appSettings> `G!HGzVx;j
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 4$VDJ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> o
A2oX
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> )e0kr46
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> BmpAH}%T
</appSettings> "v?F4&\ 8
0^>,
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: P,pC Z+H
private void InitMediaType() #:BkDidt2v
{ \12G,tBH
cbbMediaType.Items.Clear(); Vc5>I_
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ^*f D
{ +:^l|6%}
cbbMediaType.Item.Add(key); 'v<v6vs
} tUH?N/qn
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; T=YVG@fm?
} |qe;+)0>K
_(g0$vRP~
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \}h
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L<=Dl
{ A3tv'-e9
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [(Z(8{3i
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); u_NLgM7*
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; &=)O:Jfa
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l9uocP:D
factoryDllName).Unwrap(); G8vDy1`q6
IMedia media = factory.CreateMedia(); G 3U[)("
media.Play(); O'(Us!aq
} TOG4=y-N
4r4 #u'Om
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。 T5T%[Gv
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: a6vej
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 bDl#806P L
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!