面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) cx\E40WD
FDMQLx f
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。 l<v{8:,e #
一、传统过程化设计思想 )|~&(+Q?]
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: AY AU
public class MediaPlayer Kh]es,$D
{ (a[BvJf
private void PlayMp3() hX.cdt_?
{ \ND]x]5d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4uXGpsL
} y%TqH\RKv
&FXf]9
_X
private void PlayWav() aTvyzr1
{ s41%A2Enh
MessageBox.Show("Play the wav file."); Y&6jFT_
} .>"xp6
w
<r*&
public void Play(string audioType) LJeq{Z
{ ug9Ja)1|
switch (audioType.ToLower()) mdc?~?? 8
{ >ywl()4O
case ("mp3"): G*=HjLmZg
PlayMp3(); PaTOlHr
break; ygz2bHpD~
case ("wav"): ,RPb<3
B
PlayWav(); $bE"3/uf
break; `wi+/^);
} :` SIuu~@
} (Y~/9a4X
} b 8@}Jv
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 u>'0Xo9R
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Ftyxz&-4$p
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! ;~F*2)
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。 AF:_&gF
二、面向对象设计思想 T!x/^
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! 3~sV-
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: (#dR\Di
public class MP3 ~BI`{/O=
{ C^$E#|E9 N
public void Play() 27Gff(
{ rO}1E<g
(
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Sstz_t
} \4 b^*`d
} ;1~ n|IY
YMo8C(
public class WAV %qV:h#
{ 5B~]%_gZr
public void Play() 1#Vd)vSP
{ +=W(c8~P
MessageBox.Show("Play the wav file."); pauO_'j_1p
} 3uw3[
SR1
} kiF}+,z"
` 0@m,
Public class MediaPlayer 'z91aNG]
{ [Vbdsu9
switch (audioType.ToLower()) ,L%]}8EL"
{ m2m
;|rr
case ("mp3"): ;Qt%>Uo8
MP3 m = new MP3(); /Igz[P^\9
m.Play(); :H>I`)bw
break; o5]-Kuw`
case ("wav"): odL*_<Z
WAV w = new WAV(); V1,p<>9
w.Play(); {yNeZXA>
break; hcW>R
} R.1.LB
} .8'c
c8
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。 xsU%?"r
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) r5Q#GY>
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。 zjH8S
public class AudioMedia |a)zuC
{ g\B ?
|%
public void Play() Ro{xprE1
{ y.(<
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); %V1j M
} Y{~`g(~9_A
} OGW3Pe0Z'
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)。 07=I&Pum
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: jp"Q[gR##
public abstract class AudioMedia tW!*W?
{ %O!xrA{
public abstract void Play(); t!xdKX& }
} 'PrBa[%
e)s
l
public class MP3:AudioMedia -F(luRBS(W
{ 2WLLI8
public override void Play() HP7~Zn)c
{ Sz|kXk6&9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); s-I M
} xxg/vaQt=s
} k&L/JzzI
JPL`/WA0
public class WAV:AudioMedia CL`+\
.
{ : &nF>
public override void Play() tZx}/&m-
{ ePq (.o
MessageBox.Show("Play the wav file."); *qYw
} cDYOJu.
} Xe:rPxZf~
:,yC\,H^
public class MediaPlayer +BO kHXk1
{ ,o0Kev z
//根据需要完成任务的单向分派 B[h^] k
public void Play(AudioMedia media) 1=T;6 8B
{ i`<L#6RBT
media.Play(); ;"#y HP`
} @d^DU5ats>
} bLGC
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{,DoCM5WL
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。 rtbV*@Z
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: r9!s@n
public abstract class VideoMedia 0Ntvd7"`}
{ d@$bPQQ$,
public abstract void Play(); 3P>1-=
} b>i5r$S8G
?7lW@U0
public class RM:VideoMedia 8QL=%Pv
{ _<F;&(o
public override void Play() 3b#L*-
{ o%`=+-K
MessageBox.Show("Play the rm file."); Qv'x+GVW]
} ,uNJz -B8
} m]}U!XT
tcRJ1:d
public class MPEG:VideoMedia KXl!VD,#`=
{ XHdhSFpm
public override void Play() -F*vN'
{ Y-st2r[,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); SYf1dbc..u
} |*b-m k
} E`@Z9k1 `
C4gES"T
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。 ."O%pL]!/b
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: D:IG;Rsc
.m\0<8C
public interface IMedia wD$UShnm9-
{ X6(s][Wn
void Play(); {,*vMQ<^
} RP+)sCh
uM,Ps}
public abstract class AudioMedia:IMedia #pK"
^O*!
{ u3,O)[qV
public abstract void Play(); %yjD<2J;
} Y.tT#J^=
n|rKo<Y0
public abstract class VideoMedia:IMedia nSBhz
{ R?9x!@BV
public abstract void Play(); 96#]P
} f.66N9BHL,
q TN)2G
这样再更改MediaPlayer类的代码: R1w5,Zt
public class MediaPlayer Z0-?;jA@
{ `=,emP&(H&
public void Play(IMedia media) :Y1;= W
{ LGW_7&0<<
media.Play(); xh9$ZavB*
} Kr|.I2?"
} _!,
J iOI
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 -<5{wQE;|
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。 "&4r!2A
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。 =Tl_~OR
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) b l+g7 g;
{ {]dtA&8(
IMedia media = null; Ov?J"B'F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $of2 lA
{ vW vu&3tx
case ("mp3"): YC56]Zp
media = new MP3(); H, :]S-T
break; $YcB=l
//其它类型略; n;N79`mZC
case ("rm"): ~) w4Tq
media = new RM(); xb9+- {<J
break; c-Yd> 4+1
//其它类型略; Iapz,nuE
} j4!O,.!T
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); kV5)3%?
player.Play(media); F N=WU<
5
} "UNFB3
fPPP|
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nR*'
3
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。 (?zD!%
k
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。 wB \`3u4
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=oZk4
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: $#u'XyA
public interface IMediaFactory hp9U
{ DHw)]WB M
IMedia CreateMedia(); mOn_#2=KF
} 1d]F$>
-YKy"
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: y5m2u8+
public class MP3Factory:IMediaFactory R( FQ+h
{ |.UY'B
public IMedia CreateMedia() V<H9KA
{ ~S\L(B(
return new MP3(); Y6sX|~Zy
} BU/A\4xQ,Y
} Wx{E\ l
//其它工厂略; uy3<2L#.
KBN% TqH|
public class RMFactory:IMediaFactory L8PX SJ
{ #H>{>0q
public IMedia CreateMedia() ~!r;?38V`
{ `!HD.
E[2c
return new RM(); f=R+]XPzz
} D@*<O=_D(
} j"69uj` R
//其它工厂略; r%ES#\L6+|
J}X{8Ds9
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。 - Fbp!*.
u
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: CPP~,E_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
4F~^RR"
{ rXX>I;`&
IMediaFactory factory = null; =L" 0]4K
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Lau@HYW0
{ f` uRC-B/
//音频媒体 e}e8WR=B
case ("mp3"): 'Be'!9K*d
factory = new MP3Factory(); "+"=iwEAz
break; \@:,A]
//视频媒体 !rM~
case ("rm"): zzQWHg]/
factory = new RMFactory(); PX
8 UVA
break; St-uE|8
//其他类型略; mUh]`/MK$
} @dDeOnF
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
KeQcL4<
player.Play(factory.CreateMedia()); d]l8ei@>h
} (8JU!lin
dq[h:kYm
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。 ]yU"J:/
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: I9*cEZ!l=e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jV3PTU
{ I#M3cI!X?
IMediaFactory factory = null; A IP~A]T
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `a& kD|Yh
{ \n)',4mY
case ("mp3"): &r5q,l&@n
factory = new MP3Factory(); +T+@g8S
break; #@S%?`4,
//其他类型略; w
)R5P[b
case ("rm"): m|@H`=`d
factory = new RMFactory(); i6`"e[aT[o
break; ??rS h Mu
//其他类型略; bmfM_oz
} 5</$dcG
IMedia media = factory.CreateMedia(); g7*)|FOb
media.Play(); =Ph8&l7~sp
} cj/`m$
}rTH<!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。 :]^e-p!z
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>^^.
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。 ff"wg\O4
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: 5'~_d@M
jVj5 ; }
<appSettings> :d36oiHKu
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ^:eZpQ [,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> -4a9 BE".
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> @;Ttdwg#J
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> K}VCFV
</appSettings> 6OES'3 Cy
wl
Oeoi
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: X%1TsCKMj
private void InitMediaType() /Rp]"S
vt
{ *Gbhk8}V'
cbbMediaType.Items.Clear(); J3K=z
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Y?VbgOM)
{ tT$OnZu&
cbbMediaType.Item.Add(key); +]db-
} 9(CvGzco<
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; t8Zo9q>
} /HC:H,"i
`zwz
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件:
--$o$EP`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }{aGh I~<
{ `&$8/_`
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); c8qr-x1HG
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ])x1MmRg\
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ;t`
?|
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, WL$^B@gXQ
factoryDllName).Unwrap(); j=_rUc'Me
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6K $mW
media.Play(); G7-BeA8
} R`?l.0
CI|lJ
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 +8=$-E=
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: XX;4A
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Tt[zSlIMx
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!