面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) (yVI<Os{a
uDUSR+E>
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。 ;* Jd#O
一、传统过程化设计思想 hy rJu{p
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: nfR5W~%*:
public class MediaPlayer PI?[
{ pgarGaeq
private void PlayMp3() LPClE5
{ ('Pd
GV4V
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); bEJZh%j!
} }s9J+m
7eyh9E!_I
private void PlayWav() GQQ6 t
{ /vU31_eZt
MessageBox.Show("Play the wav file."); @A%`\Ea%
} iWEYSi\)n
`W=JX2I
public void Play(string audioType) eAEVpC2
{ U bXz`i
switch (audioType.ToLower()) xC]/i(+bA
{ aeIR}'H|
case ("mp3"): x3
<Lx^;
PlayMp3(); G#>nOB
break; ME"/%59r
case ("wav"): F ry5v?22
PlayWav(); +yk>jx
break; bT |FJ\aC
} i+6/ g
} Uk#1PcPd
} `3Y+:!q
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。 >3/<goXk7
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。 nDfDpP&
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! #';r 0?|
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。 Tbw8#[6AX
二、面向对象设计思想 6kk(FVX
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! dcsd//E
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: 3FfS+q*3S
public class MP3 p_(
NLJ%
{ lwlR"Z
public void Play() qIl@,8T
{ n$8A"'.M
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ] N8V?.|:
} >ZT3gp?E
} uFgw eOJ
%$Uw]a
public class WAV 8^~]Ym:
{ G}g+2`
public void Play() C\Rd]P8\
{ idQr^{
MessageBox.Show("Play the wav file."); +=QboUN
} U8z,N1]r*`
} 0&)4^->c
\_oHuw
Public class MediaPlayer YR>x h2< 9
{ fQ@["b
switch (audioType.ToLower()) o5d)v)Rx=
{ pE#0949
case ("mp3"): & |r)pl0$
MP3 m = new MP3(); \4DH&gZ[
m.Play(); kK(,FB
break; e):
&pqA
case ("wav"): !
d(,t[cV
WAV w = new WAV(); 3z#16*
w.Play(); KR63W:Z\'
break; "&~Um U4CN
} wiZK-#\x
} *Co+UJjT
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。 p("do1:
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) W/+0gh7`,(
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。 }5|uA/B
public class AudioMedia q>?oV(sF
{ :'03*A_[
public void Play() cVU[>gkg_
{ d+kIof,
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); is,_r(S
} X#fI$9a
} dCBJV
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 JyV"jL
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: (_D#gr{S=
public abstract class AudioMedia 5_PD?lg
{ 6w'^,V
public abstract void Play(); z>!b
} :%{8lanO
DLVf7/=3~
public class MP3:AudioMedia KQh'5o&
{ #'8E%4
public override void Play() crUXpD
{ W,vb7v'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q~`n%uYg\{
} m]85F^R0
} Vki3D'.7N
|zSkQ_?54
public class WAV:AudioMedia ^z_~e@U
{ ]P-;]*&=
public override void Play() l+@NjZGm<
{ 3K{'~?mM
MessageBox.Show("Play the wav file."); m}k rG
} S%'t
)tt,
} \'shnzs
RszqDm
public class MediaPlayer Rv }e+5F
{ &uC7W.|
//根据需要完成任务的单向分派 }I!D65-#'
public void Play(AudioMedia media) 60*=Bs%b
{ mIt=r_
media.Play(); 3(X"IoNQ
} XvWUJ6M
} qWdL|8
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 wTG6>l ]H
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 kd2+k4@#
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 0 }
uH
public abstract class VideoMedia Y*0mC "n}
{ PKk_9Xd
public abstract void Play(); WEZ)7H
} M1^pf<!s
A^xDAxk
public class RM:VideoMedia +n7bbuxj(X
{ X180_Kt2
public override void Play() ^2=11
{ TX$j-TM'
MessageBox.Show("Play the rm file."); @#;2P'KL
} t
?rUbN
} Y}QtgZEt
=5isT
public class MPEG:VideoMedia S U04q+
{ n1X 7T0'
public override void Play() }<m9w\pA
{ w\!aKeP'
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); cE'MSB
} p xjb^GZ0
} M"W-|t)~
a%cCR=s=
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。 =XuBan3B>
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(xc
N2WQrTA:S+
public interface IMedia .}C
pX
{ U,\3 !D0jt
void Play(); Q#i[Y?$L
} DHQavHqbZ
ly9.2<oz}L
public abstract class AudioMedia:IMedia >La!O~d
{ 1?\G6T
public abstract void Play(); {HHc}8
} K_;'-B
]y:2OP
public abstract class VideoMedia:IMedia +/E`u|%|\]
{ 1%g%I8W%
public abstract void Play(); 4CCtLHb
} MF69n,(o
i|2CZ
这样再更改MediaPlayer类的代码: as6a)t.^
public class MediaPlayer JlR(U."
{ 8`M) r'5
public void Play(IMedia media) 2NB/&60<
{ (=
#EJB1(
media.Play(); zT4SI'r?f
} ap,%)on^
} =wEU+R_#o
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _9*3Mr)2N
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。 ^VabXGzo#
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。 j6}/pe*;;T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AUBZ7*VO
{ N;gI %6
IMedia media = null; }&!fT\4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -k(bM:
{ 7XrXx:*a5
case ("mp3"): \\}tD@V"
media = new MP3(); eb10=Lmj
break; kzozjh%`9h
//其它类型略; "h58I)O
case ("rm"): 2Tt^^Lb
media = new RM(); 2z#gn9Wb
break; o y{
{d
//其它类型略; (@X].oM^y
} TuR.'kE@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4b5'nu
player.Play(media); JlaT
-j
} H.-VfROi2
cqXP} 5
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 &RF*pU>
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。 oQ
YmywY
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。 `0)'&HbLY
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。 |%\>+/j$
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: /fh[_!qN
public interface IMediaFactory 'wA4}f
{ @
(4$<><
IMedia CreateMedia(); }*Z *wC
} uPh/u!
~&{LMf
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: pd%h5|*n;
public class MP3Factory:IMediaFactory 'fo.1
{ ):<9j"Z;At
public IMedia CreateMedia() 'TwvkU"
{ \+,%RN.
return new MP3(); |
6/ # H*
} L JW0UF|
} s[2>r#M
//其它工厂略; s\/$`fuhx
JA!?vs
public class RMFactory:IMediaFactory >/J!:Htk+K
{ 0*y|k1
public IMedia CreateMedia() _|1m]2'9
{ 7:Cq[u fl
return new RM(); Le,e,#hiY
}
6Z,GD
} ?R#?=<VkG
//其它工厂略; NLnfCY-h
^t0Yh%V7
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。 pXPLTGY<R+
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: 2,T^L(]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @3g$H[}
{ 9lU"m_
QT4
IMediaFactory factory = null; /u&{=nU
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) tMbracm
{ K."%PdC
//音频媒体
iup "P
case ("mp3"): CQ;.}=j
,
factory = new MP3Factory(); sW#OA\i&
break; ( :h#H[F
//视频媒体 mto=_|gn
case ("rm"): {VK
factory = new RMFactory(); {>r56\!F
break; glL.CkJ
//其他类型略; Lkf}+aY
} /l6r4aO2=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); vr2cDk{
player.Play(factory.CreateMedia()); mu$0x)
} =]F;{x
D:Rr|m0Tk
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。 Z) qts=
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: 9jkaEn>m^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =sFLzAu8
{ (6g;FD:"6
IMediaFactory factory = null; f5tkv<) %
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) F4X0DRC,G
{ _DD.#YB</
case ("mp3"): L;%_r)
factory = new MP3Factory(); 7%`
\E9t
break; wbImE;-Z
//其他类型略; $v \@mW*R
case ("rm"): D}i_#-^MH
factory = new RMFactory(); P;' xa^Y
break; rfH'&k
//其他类型略; .e Jt]K
} f=,(0ygt/
IMedia media = factory.CreateMedia(); f%gdFtJ &
media.Play(); q'9}Hz
} ]
-}Zd\Rs
W|,Y*l
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 I
7 B$X=
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。 XLq%nVBM8\
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。 P\k5%
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: a9%^Jvm"
rf\A[)<:
<appSettings> \+3P<?hD#
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> =k0qj_
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 'n$TJp|s
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> QA"mWw-Ds
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> azKiXr#_(
</appSettings> j-}WA"
77?D
~N[
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*<?'O7I0
private void InitMediaType() 5vSJjhS
{ |%HTBF
cbbMediaType.Items.Clear(); aM6qYO!jA
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) FG@ ')N!g
{ rdBF+YN9/?
cbbMediaType.Item.Add(key); h8zl\
} 0 v>*P*
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; .z6"(?~
} bsosva+
.?^a|]
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 9]]isE8r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CtO;_;eD'
{ 0; PV gO;9
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); vCe]iB
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ^|kqy<<X
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; W? SFtz
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ==XO:P
factoryDllName).Unwrap(); hT
DFIYV
IMedia media = factory.CreateMedia(); fBw"<J{
media.Play(); Tj3xK%K_r3
} ?ypX``3#s7
nMT"Rp
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。 yd+.hg&J
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: xZc].l6
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 FbU98n+z
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!