面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) *\iXU//^)
I:al[V2g
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。 c9nv=?/}f
一、传统过程化设计思想 )FA:wsy~E
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: FW3E UC)P
public class MediaPlayer m4~~ q[t
{ R;U4a2~
private void PlayMp3() U"UsQYa_
{ [*C~BM
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i-WP#\s
} &>Y.$eW_
(VC Jn<@@
private void PlayWav() GqP02P'2
{ fOsvOC
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^* y1Fn0
} 48;b
XfIsf9
public void Play(string audioType) #{k+^7aQ
{ ?mVSc/
switch (audioType.ToLower()) u]9 #d^%V
{ o?= &kx
case ("mp3"): Jfv'M<I
PlayMp3(); qM
Qu!%o
break; zrE{CdG%y
case ("wav"): h<CRW-
PlayWav(); ns/*WH&[x
break; |{%$x^KyJ
} *cXi*7|=
} 6I_4{
} Y2ON!Rno
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。 v$;URF%^
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 a7b1c!
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! U:
<
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 J*%IvRg
二、面向对象设计思想 LZ(K{+U/
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 'c/8|9jX
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: M3d%$q)<rW
public class MP3 x
FvKjO)
{ dgByl-8Q
public void Play() Hy'EbQ
{ r M}o)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |w>b0aY
} @,G\`;Ma
} Gt,VSpb~s
o=lZl_5/u;
public class WAV v}!^RW'X
{ = 'e_9b\K
public void Play() ;kG"m7-/
{ <
jX5}@`z
MessageBox.Show("Play the wav file."); *xx)j:Sc2
} r0\C2g_X
} }-Nc}%5
i\4YT r,
Public class MediaPlayer XVKRT7U
{ ;D(6Gy9~
switch (audioType.ToLower()) FId,/la
{ NJ$Qm.S
case ("mp3"): :yw(Co]f
MP3 m = new MP3(); (enOj0
m.Play(); k
$# ,^)T
break; ']^]z".H
case ("wav"): @aB7dtM
WAV w = new WAV(); TOvsW<cM
w.Play(); nF,zWr[x
break; ),%@X
} \4fuC6d2
} %_39Wa
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。 ['6Sq@c)
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) \2Q#'
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。 R=iwp%c(
public class AudioMedia ?2gXF0+~Y2
{ 3"Kap/[h
public void Play() &< FKcrZ,
{ R_:lp\S&
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); au+:-Khm
} ]%G#x
} [KW)z#`*
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)。 e?GzvM'2
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: ^>fr+3a"P
public abstract class AudioMedia x%dVD
{ eQfXUpk3@I
public abstract void Play(); T&<ee|t@{
} ,RAP_I!_x
a]8W32
public class MP3:AudioMedia XHJ/211
{ 6jov8GIAt
public override void Play() J0t_wMJa
{ M@pF[J/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4jVd
} 3]&le[.
} J'wJe,
>@Na6BH5v
public class WAV:AudioMedia |b!Bb<5
{ >v1.Gm
public override void Play() YEB7X>p#
{ VAdUd {
MessageBox.Show("Play the wav file."); +5:9?&lH
} wj Kc!iB
} ')WS :\J
n(Um/
public class MediaPlayer c11;(
{ raMtTL+
//根据需要完成任务的单向分派 4Le{|B
public void Play(AudioMedia media) qzu(4*Gk6
{ 3)(uC+?[
media.Play(); 7G Jhc
} H.tfn>N|
} 0^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)。 |g<l|lqz|
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。 Z3X9-_g
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: [a#*%H{OC
public abstract class VideoMedia |A=~aQot
{ :vFYqoCn
public abstract void Play(); {Bpu-R&T
} Ozsvsa
AG Gxx?I
public class RM:VideoMedia MJn=
{ NMN&mJsmh
public override void Play() ^>y|{;`
{ \rH0=~F-P
MessageBox.Show("Play the rm file."); 0p*Oxsy
} ABq#I'H#@2
} HoZsDs.XZ
P
qa;fiJ)
public class MPEG:VideoMedia Rf{YASPIw&
{ q9Lq+4\
public override void Play() h,MaF<~
{ &sJ6k/l
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); >ATccv
}
Q6r
} @8cn<+"b
IKp/xj[!
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。 mU>lm7'
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: J(,{ -d-E
L~Xzo
public interface IMedia :M@#.
{ X09i+/ICK
void Play(); byk9"QeY\
} jGDuKb@:
PJ)d5D%T
public abstract class AudioMedia:IMedia %^iBTfq2hc
{ aM\Ph&c7e'
public abstract void Play(); _u#r;h[
} (%4O\s#l
VE^IA\J x
public abstract class VideoMedia:IMedia X/D%
cQ6
{ NLev(B:OQH
public abstract void Play(); O7f"8|=HX
} *3y_FTh8ra
YG#{/;^nm)
这样再更改MediaPlayer类的代码: Mw6
Mt
public class MediaPlayer af=lzKt*
{ =BeJ.8$@VC
public void Play(IMedia media) 6PLdzZ{
{ 6+SaO
!lR
media.Play(); e#ne 5
} 1@q"rPE^
} 6^z):d#u
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 !*,m=*[3
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。 N1dM,H
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。 E$4Ik.k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T?{F7
{ i >BQRbU
IMedia media = null; p'=XW#2 >
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9#\oGzDN
{ + ;B K|([#
case ("mp3"): F^cu!-L
media = new MP3(); w#>CYP`0k6
break; OB+QVYk"
//其它类型略; J/c5)IB|
case ("rm"): .R&jRtb/E
media = new RM(); ^B(:Hv}G(:
break; Z07SK 'U
//其它类型略; oox;8d4}y
} ezhK[/E=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }t1J`+x%
player.Play(media); ({hW
} Ka8Bed3
(_Rl
f$D
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ;@< e ]Ft
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。 _Hv@bIL'
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。 'c$)}R
I7
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Az6tu <
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: ohPDknHp
public interface IMediaFactory mzn#4;m$
{ W;.LN<bx
IMedia CreateMedia(); O/fm/
} er2# h
vgKdhN2kI
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: -K0!wrKC
public class MP3Factory:IMediaFactory YvFt*t
{ 69zMWuY
public IMedia CreateMedia() w[/m:R?eX
{ ^dKtUH/78G
return new MP3();
9-Xr
} 'CvV Ktk
} 2Gn26L5
//其它工厂略; @5cY5e*i{
j$r2=~1
public class RMFactory:IMediaFactory -\8v{ry
{ [f`7+RHrd
public IMedia CreateMedia() ;_A?Zl}
{ et@<MU@`
return new RM(); :Mq{ES%
} Uq(fk9`6
} TL: 6Pe
//其它工厂略; R(GL{Dh}L
+3r4GEa
Z
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 +w(B9rH
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 6f;20dn6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m@g9+7
{ EskD)Sl
IMediaFactory factory = null; +{s -F g
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a7TvX{<d
{ "Pzh#rYY~W
//音频媒体 lT;uL~j
case ("mp3"): Di&XDW/
factory = new MP3Factory(); j2=|,AmC
break; n?8xRaEf
//视频媒体 }}zY]A
case ("rm"): luCwP
factory = new RMFactory(); B[r04YGh
break; RFLw)IWkL_
//其他类型略; G`,M?lmL
} A{ . A1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ]Tn""3#1g
player.Play(factory.CreateMedia()); mh,a}bX{
} M)sAMfuUw
Dn+hI_"#_
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 9+I/bl4
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 9QEK|x`8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \W"p<oo|H
{ noO#o+
Jg#
IMediaFactory factory = null; )^j62uv
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Eb9n6Fg
{ hWRr#030
case ("mp3"): Tvd: P^C
factory = new MP3Factory(); oGz5ZDa#
break; Z8\/Fb
//其他类型略; G)&S%R!i\N
case ("rm"): 2X 0<-Y#'
factory = new RMFactory(); @8lT*O2j
break; F??gVa aj
//其他类型略; 9rgvwko
} !iU$-/,1 e
IMedia media = factory.CreateMedia(); f<3lxu
media.Play(); af}JS2=$
} E[c6*I
8T3Nz8Q7
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。 k;l^y%tzp
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。 LMI7Ih;
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。 5GDg_9Bz
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: 8Bx58$xRq
oh,29Gg
<appSettings> FA}y"I'W
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ;.3
{}.Y
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3shd0q<
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> P}"uC`036
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> kp^q}iS
</appSettings> 7
/XfPF
&M6Zsmo
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: !>EK
%OO
private void InitMediaType() m`Pk )c0
{
Jj~|2Zt
cbbMediaType.Items.Clear(); .a 9f)^
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) W 'R^GIHs
{ LU+}iA)
cbbMediaType.Item.Add(key);
Q
6dqFnz
} L`"V_
"Q#0
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; T%SK";PAU$
} u0nIr9
-v$ q8_$m"
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: #hXxrN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) R_Z9aQ
{ TVAa/_y2`
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Fmzkbt~oe
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); XUTsW,WC
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; o&>aYlXd
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, I !O5+Er
factoryDllName).Unwrap(); u]&+TR
IMedia media = factory.CreateMedia(); zEYQZywc
media.Play(); k \\e`=
} `Nv P)|
hpYW1kfQl
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。 _,3%)sn-)
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: z[0tM&pv
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 yacN=]SW5
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!