面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) A'r 3%mC
s7.2EkGl=
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。 kP~'C'5Ys
一、传统过程化设计思想 %Xs3Lz
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: wmKM:`&[5
public class MediaPlayer @ODwO;_R5
{ E
.^5N~.
private void PlayMp3() 9zSHn.y
{ CT,caa
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); DP\s-JpI[
} 'QGacV
B?Ac
private void PlayWav() KwK[)Cvv
{ ?PVJeFH
MessageBox.Show("Play the wav file."); Mx<z34(T
} @)s;u}H
Ot}fGiio
public void Play(string audioType) uT'_}cw
{ rE0?R(_
switch (audioType.ToLower()) h07Z.q ;
{ pm$2*!1F(
case ("mp3"): K*iy ^}
PlayMp3(); ,<?iL~> %
break; d\aKGq;8C
case ("wav"): Q|QVm,m
PlayWav(); ?#;
oqH<
break; ^2f'I iE
} 7jvy]5y8&~
} f?8cO#GU
} }/~%Ysl
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 6BM[RL?T
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 9ZvBsG)
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! fm$eJu
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。 t`NZ_w /
二、面向对象设计思想 !wiW#PR
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! ?CO\jW_
*n
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: $jT&]p
public class MP3 2WQKj9iyN
{ :$k':0 n
public void Play() .N2yn`
{ HUqG)t*c1
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Oop5bg
} VD[x}8ei
} <!b~7sZkTc
}$M 2XF
public class WAV q/y4HT,x
{ MuNM)pyxp
public void Play() 5`qt82Qm
{ H`u8}{7
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,M2u (9
} $YZsaw
} lv
-z[
KHwzQ<Z3
Public class MediaPlayer AA][}lU:5
{ z _qy>
switch (audioType.ToLower()) .5Y%I;~v
{ EvZ;i^.8LS
case ("mp3"): *hVbjI$
MP3 m = new MP3(); GC?X>AC:
m.Play(); |GuIp8~
break; RmS|X"zc
case ("wav"): Z(Da?6#1
WAV w = new WAV(); x._IP,vRx^
w.Play(); sYV7t*l
break; []HMUL]"
} !iKR~&UpAL
} (vte8uQe
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。 bqugo
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) s2Gi4fY?
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。 UeWEncN(
public class AudioMedia zJ{?'kp
{ 6o@}k9AN
public void Play() 89@\AjI
{ !NWz
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); B;9"=0
} H /Idc,*
} IOA"O9;
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)。 2
q RXA
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: qW]gp7jK4
public abstract class AudioMedia ?pgdj|"a
{ w:Ui_-4*>
public abstract void Play(); 5,=Yi$x
} P.*J'q 28
nb(4"|8}
public class MP3:AudioMedia !_GY\@}
{ 4)D#kP
public override void Play() ?wE@9g A
{ Zu(eYH=Q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~~:w^(s9
} j,Sg?&"%=
} ~ILig}I
;9r
Z{'i+|
public class WAV:AudioMedia AH`n
{ @rs(`4QEh
public override void Play() R"(rL5j
{ Z=%+U _,
MessageBox.Show("Play the wav file."); /UeLf$%ZW
} h&4ufx6
} j0J}d _
~82[pY
public class MediaPlayer ||v=in
{ 2mL1BG=Yk
//根据需要完成任务的单向分派 t}-[^|)7
public void Play(AudioMedia media) 8Ml&lfn_8
{ 'Z2:u!E
media.Play(); r})2-3ZA9
} g-'y_'%0G
} zx^]3}
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)。 h}xUZ:
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。 #1R_*
Uh
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: 0
eZfHW&
public abstract class VideoMedia H"(:6
`
{ MhC74G
public abstract void Play(); 0?uX}8w
} k5G(7Ug=g~
zM6yUEg
public class RM:VideoMedia 3_=~7B)
8
{ CCKg,v
public override void Play() WtI1h `Fo
{ >Bp%~8f
MessageBox.Show("Play the rm file."); xO'I*)
} 8xhXS1
} GZT}aMMSJ
}C>Q
public class MPEG:VideoMedia '|^LNAx
{ dJ\6m!Mp
public override void Play() g!n1]- 1
{ ,oe
e'
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); -Hzn7L
} ^|}C!t+
} ZCPK{Ru QE
bHlG(1uf
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。 J#Fe"
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: }]vj"!?a
}@yvw*c
public interface IMedia m}.ru)^p
{ Hxr2Q]c?u
void Play(); /R#-mY
} I Vy,A7f
Bc}<B:q%b
public abstract class AudioMedia:IMedia j)\g0u6
{
7'FDI`e[
public abstract void Play(); X:-X3mV9{
} 3(P^PP8
475yX-A
public abstract class VideoMedia:IMedia vy/U""w`
{ kF'^!Hp
public abstract void Play(); ';V(sRU@
} I^Ichn
vZ
4Z+;.
这样再更改MediaPlayer类的代码: Y~1}B_
public class MediaPlayer jIE>t5 fy
{ kFv\V
public void Play(IMedia media) 7UHqiA`L
{ ih`/1n
media.Play(); Z_' %'&Y
} TUhp
} *pP"u::S
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 `.;7O27A^%
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。 cb&y8!ci~
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。 t )Z2"_5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5X&<+{bX
{ Bir}X
IMedia media = null; oSNB\G<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) qt]QO1pAd
{ `.aL>hf
case ("mp3"): 567ot|cc
media = new MP3(); y- k?_$M
break; el!Bi>b9c!
//其它类型略; w|WZEu:0|
case ("rm"): A`(p6 H"s
media = new RM(); V$
38
break; *wt yyP@
//其它类型略; /iif@5lw{
} +Smv<^bW
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); |}Mkn4
player.Play(media); > 0 !J]gK
} 4\pA^%73
}SitT\%
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 w%S<N
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。 5K'EuI)
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。 37p0*%a":
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。 ([|5(Omd\
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: +^YV>;
public interface IMediaFactory W3UK[_qK
{ `m<="No
IMedia CreateMedia(); 6AUzS4O
} =@pm-rI|-
xHsH .f_{
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: `^AbFV
3
public class MP3Factory:IMediaFactory 6(9Ta'ywZ
{ lk.Q6saI1
public IMedia CreateMedia() F/j=rs,*|D
{ k6JB%m\E
return new MP3(); 8e\a_R*(|
} k`g+
} ]kb%l"&
//其它工厂略; vzi=[A
b]RCe^E1
public class RMFactory:IMediaFactory 344,mnAd
{ j,/o0k,
public IMedia CreateMedia() D\({]oj]
{ >[|:cz
return new RM(); #*S/Sh?Q
} W}L=JJo},
} eE7Rd>
//其它工厂略; jLr8?Hyf
|D]jdd@!a2
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。 q4Ye
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: |<y[gj4`T/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KH pxWq
{ $#R.+B
IMediaFactory factory = null; W\eB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) w2{k0MW
{ uzp!Y&C
//音频媒体 F!]UaEmV
case ("mp3"): eg(xN/D
factory = new MP3Factory(); f~Kln^
break; ! FHNKh
//视频媒体 9k 7|B>LT
case ("rm"): [&NF0c[i
factory = new RMFactory(); R$6Y\ *L[
break; }QJE9;<e
//其他类型略; =m} {g/Bk
} AL|fL
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); U^pe/11)H
player.Play(factory.CreateMedia()); 1MB
} PtgUo,P
Ce 5
}+A}
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。 gFDP:I/`
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: u85y;AE,(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *3"C"4S
{ 9HTb
IMediaFactory factory = null; 00;=6q]TA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $ya#-pi`;
{ {g/\5Z\b
case ("mp3"): [*}[W6
3v
factory = new MP3Factory(); ;/oMH/,U8
break; {qLnwy!i
//其他类型略; 4D58cR}
case ("rm"): ~-M7
factory = new RMFactory(); Ch;EnN<
break; *[.\S3K`
//其他类型略; 6Ir
?@O1'!
} T$}<So|
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?R,^prW{
media.Play(); fd+kr#
} h)y"?Jj
:hMuxHr
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。 / _}v|E0
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。 H>M%5bj
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。 8kMMQ ES
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: kJDMIh|g
!5A
nr
<appSettings> 9MHb<~F
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ny=CtU!z
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> (Mtc&+n{
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> G uDus2#+
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> +,|-4U@dl
</appSettings> Rb9Z{Clq>
d9Q%GG0]
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: 3[V|C=u0
private void InitMediaType() 5lU`o
{ !/jx4w~R
cbbMediaType.Items.Clear(); \!S C;
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) p^L6uM
{ qbP[ 9
cbbMediaType.Item.Add(key); ^1Yx'ua'
} JWn9&WK
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ;Rnb^t6Z
} " jeJV,%
-Q$$2QW!
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5n9F\T5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "%.#/!RG
{ 3}h&/KN{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); a#raUF7e
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); @#T?SNIL5
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; p O:
EJ
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, cA/2,i
factoryDllName).Unwrap(); dUe"qH29s
IMedia media = factory.CreateMedia(); _puQX@i
media.Play(); gsU&}R1*h
} e,4!/|H:
=r_ SMTu
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。 Mb<KZ_wYOX
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: QPFpGS{d
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 $~:hv7%
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!