面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) vF[ 4kDHk
MGre_=Dm_
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。 (<e<Q~(
一、传统过程化设计思想 q)AX*T+
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: +B&+FGfNU
public class MediaPlayer ~sq@^<M)s
{ [Q/kNK
private void PlayMp3() Imq-5To#
{ &rl;+QS
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); H(y Gh
} Io&HzQW^a
lJT"aXt'M
private void PlayWav() OEC/'QOae
{ 'P[#.9E
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~-R2mAUK
} 33&\E- Q>
~CdW:t
public void Play(string audioType) sc6NON#
{ Hk(=_[S
switch (audioType.ToLower()) sNP
;
{ l@-h.tS
case ("mp3"): ooC9a>X
PlayMp3(); pUW7p
break; #l7v|)9v
case ("wav"): N0JdU4'
PlayWav(); o/n4M]G
break; Q(e
} yO*
} J(wFJg\/
} Zs ,6}m\
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。 &
Y2xO
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。 @7V~CNB+
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! [9#zEURS
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。 tCar:p4$
二、面向对象设计思想 ~l*<LXp8
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! D_)/.m
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: ED>a'y$f
public class MP3 hhFO,
{ .0~uM!3y
public void Play() LhM$!o?W
{ mZjpPlJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j2.7b1s
} 5Z6MQ`(k
} {t!7r_hj
ts=:r
public class WAV $em'H,*b3
{ ~!cxRd5;F
public void Play() e0otr_)3F
{ 6<R[hIWpZ}
MessageBox.Show("Play the wav file."); .aVt d
[
} W8;!rFW
} ju.pQ=PSX
5C^@w
Public class MediaPlayer =;b3i1'U
{ o
P;6i
switch (audioType.ToLower()) VxARJ*4=Y
{
UT9u?
case ("mp3"): Hrph>v
MP3 m = new MP3(); =
m.Play(); %\n|2*r
break; 2gMG7%d
case ("wav"): n${k^e-=
WAV w = new WAV(); ^w2 HF
w.Play(); $CX3P)%
`
break; >xq.bG
} D|Wlq~IpQ
} I0z 7bx
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。 ASre@pW
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) (Cfb8\~
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。 2CneRKQy
public class AudioMedia uoeZb=<
{ VuH ->
public void Play() J%M [8
{ /]MelW
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Q~VM.G
} K7K/P{@9[9
} Hbd>sS
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)。 c;fLM`{*
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: js@L%1r#L
public abstract class AudioMedia fwV2b<[
{ uLWu. Vx
public abstract void Play(); 1EEcNtpub]
} ]sk=V.GGQ
}2Euz.0
public class MP3:AudioMedia pt,L
{ .g\Oj0Cbxh
public override void Play() Fb=uN
{ lv'WRS'}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $?bD55
} tqCkqmyC
} #
#2'QNN
$sE=[j'v
public class WAV:AudioMedia i/1$uQ
{ %Uz\P|6PO
public override void Play() Ve&_NVPrd
{ ,m5i(WL
MessageBox.Show("Play the wav file."); =CZRX'
+yN
} p?,<{mAe
} ||awNSt
`Hlf.>b1
public class MediaPlayer dS4z Oz"
{ G2)F<Y
//根据需要完成任务的单向分派 t^FE]$,
public void Play(AudioMedia media) C49\'1\6
{ tZz%x?3G
media.Play(); s(3HZ>qx;
} tm^joK[{|J
} -P/DmSS8V
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Kw"y#Ys]
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 4Z~ nWs
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: h72/03!
public abstract class VideoMedia 6&ut r!\7
{ xd^Pkf
public abstract void Play(); A@)Q-V8*9s
} YZ4`b-
#]tDxZ]
6
public class RM:VideoMedia 0#!}s&j/
{ Vb\g49\o/
public override void Play() Td'(RV
{ %\HPYnIe
MessageBox.Show("Play the rm file."); Sq ]gU
} C|TQf8
} m{ !$_z8:
cr{yy :D
public class MPEG:VideoMedia tjb$MW$('
{ &l1t5 !
public override void Play() fJc(
{ O& Sk}^
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); \2 N;VE
} @ztT1?!e
} x"e;T,c
J'X}6Q
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。 (4/"uj5
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: ocZ}RI#Q
D5@=#/?*
public interface IMedia WF~BCP$OR
{ ZF[W<Q
void Play(); Qr$
7 U6p
} W6NhJ#M7
\EVT*v=}/
public abstract class AudioMedia:IMedia s0f+AS|}
{ yj4"eDg]
public abstract void Play(); r*vh3.Agl
} t,|Apl]
=JzzrM|V*
public abstract class VideoMedia:IMedia |kPgXq6
{ }
u;{38~
public abstract void Play(); I!*P' {lh
} Su6kpC!EW
= +MF@ 4
这样再更改MediaPlayer类的代码: C78g|n{
public class MediaPlayer E0+L?(;
{ QjY}$
public void Play(IMedia media) ~
O#\$u
{ 'sUOi7U
media.Play(); [#uhMn^
} p;}`PW
} Q^2dZXk~
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 O|8@cO
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。 Eb[;nk?
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。 )Y)_T&O
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~iH a^i?2*
{ <|_>r`@%l
IMedia media = null; +a.2\Qt2A
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |JIlp"[
{ M^:JhX{
case ("mp3"): x;u#ec4
media = new MP3(); JT0j2_*Rr
break; )
~=pt&+
//其它类型略; yM@sGz6c!
case ("rm"): gPk,nB
media = new RM(); #ay/VlD@
break; GuR^L@+ -.
//其它类型略; ;O`f+rG~
} D=z~]a31!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); wz`% (\
player.Play(media); VU,G.eLW
} [E
a{);
LP#wE~K"b
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 yHw @Z
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。 . J O3#
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。 2.%)OC!q&5
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。 Ct)58f2
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: >B0AJW/u
public interface IMediaFactory +=E\sEe
{ S2'a i
IMedia CreateMedia(); M@{?#MkS%
} JyE-c}I
/io06)-/n
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: K{DC{yLu
public class MP3Factory:IMediaFactory C;m"W5+
{ N E9,kWI
public IMedia CreateMedia() cgrSd99.
{ 0QZT<Zs
return new MP3(); u:p OP
} ~#)hqU'
} b:F;6X0~Hl
//其它工厂略; iuY,E
.|[{$&B
public class RMFactory:IMediaFactory &B(z**+9
{ ,1mL=|na
public IMedia CreateMedia() C7{VByxJ
{ gd0)s1{9
return new RM(); ;9z|rWsF
} Qa=Y?=Za
} V>QyiB
//其它工厂略; 8<Iq)A]'Z
GoybkwFjZ
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 zz
U,0
L
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 6a,8t
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) vz4(
k/
{ J;_4
3eS
IMediaFactory factory = null; !}h)
|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A3/[9}(U
{ 5]dlD #
//音频媒体 fVn4=d6X
case ("mp3"): Yg.[R]
UC
factory = new MP3Factory(); %9>w|%+;U+
break; DK?aFSf\
//视频媒体 EF
:g0$
case ("rm"): [M[#f&=Z
factory = new RMFactory(); kMVr[q,MEq
break; &q<k0_5Q
//其他类型略; j_g(6uZhz3
} %htI!b+"@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); !lfE7|\p
player.Play(factory.CreateMedia()); iG54 +]
} *MmH{!=
j<kW+Iio
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。 qg#YQ'vWte
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: *w@1@6?j
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) W Csf_1
{ .hx(9
IMediaFactory factory = null; e7GYz7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6Pl|FIJF
{ o~XK*f=(
case ("mp3"): oH=?1~e
factory = new MP3Factory(); O;RBK&P
break; lW|=rq-|
//其他类型略;
)$S=iL8(
case ("rm"): iz-z?)%
factory = new RMFactory(); ^ELZ35=qZ
break; %l!A%fn(
//其他类型略; X?t;uZI^
} Q$5t~*$`
IMedia media = factory.CreateMedia(); ljK?2z>
media.Play(); Y!xPmL^]?
} 60%nQhb
oVK:A;3T|
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。 m,\+RUW'
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。 y\_+,G0
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。 NC~?4F[
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: "yQBHYP
(NFrZ0
<appSettings> zn-=mk;W
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> I^A>YJW
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !+3&%vQ)
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> }=EJM7sM|k
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> |c0^7vrC
</appSettings> mBwz.KEm<
7<WUjK|
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: 8/>.g.]
private void InitMediaType() < +*
{ HY5R
cbbMediaType.Items.Clear(); } +Sp7F1q
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) \Ki3ls
{ d;dT4vx$[M
cbbMediaType.Item.Add(key); ZS+m}.,whQ
} v K{2
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; @H`jDaB9
} lU!_V%n
!Np7mv\7
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Ew0)MZ.#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) w =F9>
{ \r:*`Z*y
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _0$>LWO~
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); q`p0ul,n
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; !T<,fR+8X
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ]8%E'd
factoryDllName).Unwrap(); Fb1<Ic#
IMedia media = factory.CreateMedia(); ied1+H
media.Play(); \Ebh6SRp\
} -}<Ru)
>/\TG8t,f
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。 m^XO77"
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: X% 05[N
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Nsh/
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!