面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) zGNW5S9G
cui%r!D
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。 J#FHR/zV
一、传统过程化设计思想 GN
Ewq$
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: :475FPy]
public class MediaPlayer Slj
U=,
{ b:r8r}49
private void PlayMp3() 3$Vx8:Rhdn
{ ~c]
q:pU2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 3
{hUp81>
} if*~cPnN
MxUbx+_N
private void PlayWav() %'=2Jy6h
{ >mp Nn
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;DhAw 1
} HmkxE
JiO8EIM
public void Play(string audioType) jJNl{nyq
{ ]Hq,Pr_+
switch (audioType.ToLower()) @o*~\E<T
{ t Zm`(2S
case ("mp3"): +'iqGg-
PlayMp3(); dZ8ldpf8
break; K7.ayM 0
case ("wav"): KKb7dZbt<
PlayWav(); hO{&bY0
break; Y2tBFeWY
} lZe-A/E
} 9o6[4Q}
} GUD]sXSj
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 W8u&5#$I
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。 w1(5,~OB
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(7 Q+T_
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。 -5]lHw}
二、面向对象设计思想 %.wR@9?
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! Q9h=1G\K
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: 5} <OB-9
public class MP3 E(_k#X
{ Rq e|7/As
public void Play() @%*@Rar
{ n%RaEL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); u|.|dv'mbp
} :xq{\"r
} "VHT5k
~`^kP.()
public class WAV BB9eQ:
xO
{ {oF;ZM'r
public void Play() Vr"'O6
{ ^+-]V9?+
MessageBox.Show("Play the wav file."); [{#TN
} %C #Ps
} &iq'V*+-\
WA1yA*S
Public class MediaPlayer \ZhkOl
{ $Q}L*4?]
switch (audioType.ToLower()) p,|)qr:M
{ @jjxgd'%&
case ("mp3"): 92R,o'#
MP3 m = new MP3(); F7w\ctUP
m.Play(); 6(t'B!x
break; wu11)HFL|z
case ("wav"): uOKD#
WAV w = new WAV(); bG* l_
w.Play(); ?/5<}W#7}
break; xluAjOQ6
} hVT>HER
} J#4pA{01w
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。 >Di`zw~
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) *SI,K)BP
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。 _*[vKS A&
public class AudioMedia 3D5adI<aq"
{ !>!jLZ0
public void Play() ubsv\[:C
{ >gq=W5vN(
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); :RZ'_5P[If
} hH-!3S2'
} 9-&@Y
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)。 TNeL%s?B3
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: n ~ &ssFC
public abstract class AudioMedia wv\"(e7(
{ r4gLoHD)
public abstract void Play(); y?3u6q++
} `('Up?
Au/'|%2#(
public class MP3:AudioMedia \>EUa}%xn
{ P, F5Hf
public override void Play() F.(e}EMyNh
{ n!~QC
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0R+p\Nc&1
} wt'"<UN
} ){u#
(sW
j5[>HL
public class WAV:AudioMedia -Gl!W`$I`
{ LV0gw"
public override void Play() ?}W#j
{ -;HZ!Lf
MessageBox.Show("Play the wav file."); C R't
} Bd;EI)JT
} $:-C9N29
,,IK}
public class MediaPlayer 'cIFbjJ
{ _U*1D*kLI[
//根据需要完成任务的单向分派 6 !fq658
public void Play(AudioMedia media) $Op:-aW&
{ 8Jp?@qt=$
media.Play(); $(OL#>9Ly
} Oq3t-omXS
} l+`CgYo
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 yTe25l{QaF
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 YY7dw:>e/
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ww%4MHPp8
public abstract class VideoMedia QZO<'q`L
{ +:c}LCI9<
public abstract void Play(); yd45y}uS;F
} U}=H1f,
M3GFKWQI,`
public class RM:VideoMedia 6OQ\f,h@
{ (f#{<^ gd
public override void Play() )^)|b5,
{ ;D4
bxz0ou
MessageBox.Show("Play the rm file."); (V/!0Lj
} I3l1 _
} bOV]!)o
Nii5},
public class MPEG:VideoMedia Ur""&@
{ :N
xksL^
public override void Play() }y*rO(cu7G
{ 9~iDL|0'~
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 5:EE%(g9
} 0d`lugf
} aKRnj!4z
1JI7P?\B
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 XFww|SG$
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: q'biTn]2
L>57eF)7
public interface IMedia 5y~B/.YY
{ ty9(mtH+
void Play(); X%B2xQM5
} =A"z.KfV
jwwst\f
public abstract class AudioMedia:IMedia eN<?rVZl
{ Mt121Q&"
public abstract void Play(); oT}Sh4Wt.
} cavzXz
4&`d$K
public abstract class VideoMedia:IMedia {?IUf~<
{ 2&F H8
public abstract void Play(); uv7tbI"r
} W}\<}dK
]k.YG!$
这样再更改MediaPlayer类的代码: <<1_rRL]
public class MediaPlayer &=.7-iC|W
{ 7bkh")^
public void Play(IMedia media) H<`7){iG
{ @=l.J+lh
media.Play(); >9Y0t^Fl
} k )fLJ9R
} #}'sknvM}
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ~$4!C'0
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 yfe4}0}
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 0:>C v<N
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Yp9%u9tNq
{ _qS4Ns/4s
IMedia media = null; .OF2O}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) uF-Rl##
>
{ UTuOean ]'
case ("mp3"): "I[uD)$
media = new MP3(); Vdf~rV
break; e= _7Q.cn
//其它类型略; mC`U"rlK~
case ("rm"): y@]:7
media = new RM(); G\S_e7$/
break; rJcZ a#
//其它类型略; Q .cL1uHc
} iA+zZVwO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }cI _$
player.Play(media); p!cNn7{;
} st(Y{Gs
'Z^KpW
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 "NO*(<C.R
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。 eP|hxqM&9
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。 ;8<lgZ9H<
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。 Kdd5ysTQ
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: #TY[\$BHs
public interface IMediaFactory d0 yZ9-t
{ %@[ ~s,6<
IMedia CreateMedia(); .^?Z3iA",
} 1`EkN0iZ
fmk(}
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: Tn\59 (
public class MP3Factory:IMediaFactory VaylbYUCT/
{ 1BA5|
public IMedia CreateMedia() P;lDri
{ >]l7AZ:,
return new MP3(); u=!n9W~"
} <o&\/uO~H
} $PKUcT0N9
//其它工厂略; Y\7/`ty
aboA9pwH
public class RMFactory:IMediaFactory ^Jn=a9Q6Z
{ 'fY(
Vm
public IMedia CreateMedia() V%!my[b
{ +K*_=gHF.
return new RM(); jD'$nKpg
} W q>qso
} -VRKQNT
//其它工厂略; $t42?Z=N&z
eop7=!`-~~
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。 C2Af$7c
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: cP (is!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) tY$4k26
{ }h_=
n>
IMediaFactory factory = null; LDq(WPI1#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) nM&UdKf3
{ ,L7:3W
//音频媒体 *v9 {f?
case ("mp3"): Eg|C
factory = new MP3Factory(); ZuQ\Pyx
break; :l?/]K
//视频媒体 B"fKv0
case ("rm"): /kK:{
factory = new RMFactory(); Hqm1[G)
break; BvV!?DY4
//其他类型略; RiM!LX
} TP&&' 4?D1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); S.A|(?x
player.Play(factory.CreateMedia()); !V;glx[
} &IgH]?t
cu$i8$?t
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。 $79-)4;z4
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: t:.ZvA3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z }Z]["q
{ *f( e`3E
IMediaFactory factory = null; }=JuC+#~n
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 05Go*QvV
{ rA#Ji~
case ("mp3"): Y!L<&
sl
factory = new MP3Factory(); p*S;4+>#
break; DFFB:<
//其他类型略; =5Auk5&
case ("rm"): nvnJVkL9s
factory = new RMFactory(); /A~+32B
break; n"c3C)
//其他类型略; &26H
} I &I
q
IMedia media = factory.CreateMedia(); fE/|U|5L[
media.Play(); 8Nz Xe 7
} U/I+A|S[
y153ax
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 qJrMr4:F
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 G@;I^_gN
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 PFnq:G^L
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: qQ "O;_
v"a.%"oN8
<appSettings> n32.W?9
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> v\?J$Hdd
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> /*yPy?
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 5.e.
BT
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> jIs2R3B
</appSettings> 6$^dOJ_"
CuD ^@
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: 'U'#_mYG
private void InitMediaType() /i)1BaF
{ =q-HR+
cbbMediaType.Items.Clear(); Z6vm!#\
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) v/B:n
{ CAD:ifV
cbbMediaType.Item.Add(key); !1\jD
} aY7.<p*a
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; B=`"!?we
} M :Aik&
eZWR)+aq
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 2dF:;k k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) h8MkfHH7{
{ dnP3{!"b
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Q5s?/r
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); br9`77J8
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; KVrK:W--p
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, @GiR~bKZ
factoryDllName).Unwrap(); t[ZumQ@HC
IMedia media = factory.CreateMedia(); Hf'yRKACj
media.Play(); UUt631
} P00pSRQHD
42m}c1R
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。 O<x53MN^
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: d">Ya !W
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 plY`lqm
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!