面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) e=TB/W_
BEN=/
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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。 hcwKi
一、传统过程化设计思想 LbvnV~S
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: G'Jsk4:c
public class MediaPlayer g/'MECB
{ RCo!sZP}
private void PlayMp3() %Qrf
]
{ #(T
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); KK}^E_v
}
x.~Z9j
z4{H=
private void PlayWav() M-"%4^8_
{ $_% a=0
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,;hIyT
} 6:#zlKYJ
i4&"-ujrm
public void Play(string audioType) Tf<1Z{9
{ @9-z8PyF
switch (audioType.ToLower()) Hq3"OMG q
{ X^eTf-*T
case ("mp3"): | Fm(
PlayMp3(); uI!rJc>TX
break; O}"VK
case ("wav"): pQ!NhzQ
PlayWav(); [n44;
break; M)#aX|%Mh
} -]\UFR
} v:nm#P%P
} tc.R(F96
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 5ZSV)$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。
8dNwi&4
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! 7q^osOj"
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。 y08.R.
l
二、面向对象设计思想 |Xlpgdiu
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! 4(f[Z9 iZ]
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: db'Jl^
public class MP3 B{PI&a9~s%
{ M6[&od
public void Play() &2d^=fih
{ K}L-$B*i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `rN,*kcP
} I>B-[QEC
} 4U*J{''L
Om,+59ua*
public class WAV Q
&<:W4N*
{ hjtkq.@
public void Play() d dkh*[
{ 67wY_\m 9I
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,|<2wn#q
} 4RGEg;]S
} @bSxT,2
uckag/tv
Public class MediaPlayer yF8 av=<{
{ K*xqQ]&
switch (audioType.ToLower()) LJt#c+]Li
{ hOx'uO`x(
case ("mp3"): N0,wT6.
MP3 m = new MP3(); */;[ -9
m.Play(); F#*vJb)
break; *$1M=$
case ("wav"): %QCh#v=ks
WAV w = new WAV(); @`^+XP K\
w.Play(); 0&}
"!)
break; u%3D{Dj
} S!j=hj@qW
} .DiH)
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。 AKk6kI8F
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ~ODm?k
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"Mqh!{
FI
public class AudioMedia WwG78b-OA
{ Ri =>evx
public void Play() L0H;y6&
{ F[BJhN*]a
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 4|9M8ocR
} [*GIR0
} SSEK9UX
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)。 iZ} w>1
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: |2z?8lx
public abstract class AudioMedia ?mU
3foa
{ ;[V_w/-u
public abstract void Play(); $w4%JBZr
} Cp` [0v~0
Vf9PHHH|
public class MP3:AudioMedia ,\laqH\ 1%
{ \x P$m|Y3
public override void Play() SR7$m<0t*
{ 0*^ J;QGE
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Cgq/#2BM
} C8 9c2
} 1BO$xq
?^t"tY
public class WAV:AudioMedia t{Ck"4Cg
{ PeT _Ty
public override void Play() :iqFC >D
{ 4=!SG4~o
MessageBox.Show("Play the wav file."); yr?*{;
} a+sHW<QeS
}
AV{3f`
"uf*?m3
public class MediaPlayer D!<[\G
{ [!H2i
p-
//根据需要完成任务的单向分派 o!!";q%DX
public void Play(AudioMedia media) d$Y3 a^O|
{ t\Pn67t
media.Play(); nm5zX,
} VO r*YB&
} K(@QKRZ7[
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)。 g S xK9P
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。 d*Q:[RUf,
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: itClCEOA
public abstract class VideoMedia ~'>RK
{ E^B*:w3
public abstract void Play(); H<T9$7Yr%r
} {C3AxK0
&9X`tCnL
public class RM:VideoMedia -;9pZ'r
{ ]k~Vh[[
public override void Play() NsDJq{
{ XN65bq
MessageBox.Show("Play the rm file."); b Lag&c)
} ~_<I}!j/B
} $.{CA-~%[
KzD5>Xf]4$
public class MPEG:VideoMedia ;sJUTp5\h
{ 7yp7`|,p
public override void Play() WvSh i=
{ >`L)E,=/
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ,Fo7E
} C/V{&/5w
} =Lx*TbsFYt
y
Nb&;E7 H
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。 /xf4*zr
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: :a$ZYyD
/!J1}S
public interface IMedia vl59|W6
{ BM PLL2I
void Play(); ~3-2Iu^F
} 6!P];3&o\A
^@f%A<
public abstract class AudioMedia:IMedia 0w^\sf%s
{ ZK,}3b{
public abstract void Play(); M7z>ugk"
} CY2DxP %
L$zI_
z
public abstract class VideoMedia:IMedia !#cZ!
{ 8was/^9;
public abstract void Play(); 5"(AqXoq
} HRS|VC$tz
SjgF&LD
这样再更改MediaPlayer类的代码: *4}lV8
public class MediaPlayer S~^0
_?
{ k#"Pv"
public void Play(IMedia media) Ij;=
{ V"":_`1VW
media.Play(); h
$)thW
} LX A1rgUWT
} yH_L<n
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 N!" ]e*q
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。 63:0Vt>hZ^
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。 !g:UkU\J
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mw}obblR
{ JHpoW}7QB
IMedia media = null; pL` snVz
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
2{naSiaq
{ 0_JbE
case ("mp3"): 7s:`]V%
media = new MP3(); }gi>Z
break; AU1P?lk
//其它类型略; )Y':u_Lo
case ("rm"): bqY}t. Y&"
media = new RM(); 0[6llcuj
break; Fs_,RXW"
//其它类型略; ,Ie~zZE&
} *8k`m)h26
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); fM8kS
player.Play(media); BcV;EEi
} a(CZGIB
p'{ `Uvr
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 $t5
0<1
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 G3QB Rh{
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Q"c!%`\
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 y@g{:/cmO
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: g;en_~g3j
public interface IMediaFactory K]dqK'
{ PZ69aZ*Gs
IMedia CreateMedia(); 0^44${bA
} 3}O.B
r|
g3{)AX[Uy
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: e
#l/jFJU
public class MP3Factory:IMediaFactory Wo5G23:xz
{ bu"Jb4_a>
public IMedia CreateMedia() N]cGJU>$
{ Y+N^_2@+C
return new MP3(); gOw|s1`2,
} ~D@pk>I
} )CS7>Vx
//其它工厂略; AEkgm^t.{
N^|r.J
public class RMFactory:IMediaFactory U@[P.y~J
{ Y1AbG1n|
public IMedia CreateMedia() ko!38BH`/
{ qS{lay
return new RM(); ,u QLXF2
} z.23i^Q
} xXO& -v{
//其它工厂略; 8 g'9( )&
$I_04k#t
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 [ d<|Cde
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ia|^>V>-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jsTb0
{ `xe[\Z2
IMediaFactory factory = null; :7Mo0,Bw,
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4@#1G*OO
{ k1>%wR
//音频媒体 {npKdX
case ("mp3"): (omdmT%D
factory = new MP3Factory(); r5[om$|*
break; C|"T!1MlY4
//视频媒体 f
; |[
case ("rm"): q,d]i/T
factory = new RMFactory(); xt
+fuL
break; i2b\`
805
//其他类型略; ?zUV3Qgzj
} E=gD{1,?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [$?S9)Xd
player.Play(factory.CreateMedia()); Sw#Ez-X
} x@.iDP@(
qM@][]j:
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。 [$3Zid
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: IC[SJVH;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) O60j C;{F
{ IgEg
IMediaFactory factory = null; 5WP[-J)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9}X3Q!iFb
{ mL+}Ka
case ("mp3"): 8s8q`_.)(
factory = new MP3Factory(); uW;Uq=UN
break; =B1t?("
//其他类型略; h0n0Dc{4
case ("rm"): b7v] g]*
factory = new RMFactory(); wd*T"V3
break; vJGxD\h
//其他类型略; v Xio1hu
} [k-7Kq
IMedia media = factory.CreateMedia(); 8q7KqYu
media.Play(); f]$g9H
} %H<w.]>
_KmpC>J+
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。 eJ{"\c(
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。 ~'fa,XZ<
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。 /Re1QS
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: UkNC|#l)
H#U{i
<appSettings> i40r}?-
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> &:]_a?|*S
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ABhza|
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ^.kas7<
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 6z%3l7#7Yi
</appSettings> pY =?r{@
l[G,sq"
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}g?d/^E3
private void InitMediaType() (]1le|+
{ M#S8x@U
cbbMediaType.Items.Clear(); pI(FUoP^
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >jl"Yr#
{ a^[io1}-
cbbMediaType.Item.Add(key); \<lV),
} 0 {{7 "
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Qk-y0
} $6!`
::H jpM
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: @T/C<- /:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) vW$]:).
{ U\VwJ2
{i
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ie.cTTOI
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); gK)B3dH*&
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; tY# F8a&
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, vo71T<K
factoryDllName).Unwrap(); fil6w</L
IMedia media = factory.CreateMedia(); 73}k[e7e
media.Play(); /Z2*>7HM8[
} w5n>hz_5
nj7Ri=lyS
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。 Z/-%Eb]L1
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: \
vJ*3H6
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 vy|}\%*r~
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!