面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ,N!o
9s6U}a'c
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。 G#d{,3Gq1
一、传统过程化设计思想 CF?1R
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: (O.d>
public class MediaPlayer v7iuL6jl
{ &e#~<Wm82
private void PlayMp3() Jl#%uU/sx
{ vb<oi&X
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y8-86 *zC
} f;W|\z'
7?GIS '
private void PlayWav() 8B\2Zfe
{ ^(f"v
e#7v
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^/\Of{OZ-
} PH+S};Uxv
B{'( L|
public void Play(string audioType) g^}8:,F_
{ u>kN1k Q8
switch (audioType.ToLower()) YoBPLS`K
{ VQ7*Z5[1
case ("mp3"): B9NWW6S
PlayMp3(); 19E8'@
break; tt0f-:#
case ("wav"): @zU6t|mhz
PlayWav(); .J)I | '
break; 6W]9$n\"?
} ABD)}n=%c
} e?JW
}
1~Oe=`{&
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `w.n]TR
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 _"bHe/'CI
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! &jslyQ#
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Mxyb5h
二、面向对象设计思想 glM$R &/
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! 7UVzp v
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: s$Z
_48
public class MP3 $\]&rZVi
{ `*_mP<Ag
public void Play() wt!nMQ
{ /s@o Z{h
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); VyzS^AHK
} [RLN;(0n
} =5/9%P8j9
8<8:+M}
public class WAV Y2n!>[[.
{ BK)$'AqO
public void Play() g;qx">xJ`o
{ DW5Y@;[
MessageBox.Show("Play the wav file."); [|(N_[E|6
} YKH\rN6X
} QdL`|
o0ifp=V
y
Public class MediaPlayer U+:m4a
{ 6kpg+{;
switch (audioType.ToLower()) Z>)Bp/-
{ +
+M$#Er&
case ("mp3"): e1%/26\
MP3 m = new MP3(); ?OcJ)5C4
m.Play(); j27?w<
break; 0ZZZoPo
case ("wav"): uE%r/:!k4$
WAV w = new WAV(); v!<gY
m&
w.Play(); CG0
M
break; w80oXXs[#
} 7gj4j^a^]{
} 3Dng1}
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。 _P0T)-X\(
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) cAY: AtD
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。 iII=;:p
public class AudioMedia j(m.$:
{ 41`n1:-]
public void Play() ^hc!FD
{ ,K9*%rW)
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ,{M^-3C
} w,#>G07D
} ~;l@|7wGz
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 jrr EAp
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: a1EOJ^}0
public abstract class AudioMedia
gbF+WE
{ rp3V3]EE
public abstract void Play(); L
6c 40
} B3We|oe !
I'A_x$ib6
public class MP3:AudioMedia U#lCj0iUt,
{ S\:P-&dC
public override void Play() GeyvId03H
{ ur)9x^y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (SpX w,:
} \UPjf]&
} jyZ (RB
aS{|uE]
public class WAV:AudioMedia l3Xfc2~ 2
{ Sc\*W0m
public override void Play() u(@$a4z
{ '))0Lh
l
MessageBox.Show("Play the wav file."); L-ET<'u
} kVkU)hqR
} xN5)
\H1(PA
public class MediaPlayer ff]6aR/
UQ
{ Vr]id
//根据需要完成任务的单向分派 ,]bhy p
public void Play(AudioMedia media) :ci5r;^
{ \hTm)-FP
media.Play(); &5\iM^
} dG@%jD)
} %RTBV9LIXr
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 <^&ehy:7y
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 z06r6
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 7I&&bWB
public abstract class VideoMedia s2h@~y
{ J[l7di5
public abstract void Play(); qX/y5F`
} v[
.cd*b
]OM"ZG/^
public class RM:VideoMedia c/D+|X*
{ {j9{n
public override void Play() 9+j0q%
{ YN/|$sMD|
MessageBox.Show("Play the rm file."); &Y!-%{e
} IdzxS
} v:IpMU-+\
WffQ :L?
public class MPEG:VideoMedia &-;4.op
{ zNs55e.rx
public override void Play() xcd#&
{ S=MEG+Ad
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ?:vv50
} RiDJ> 6S
} _dqzB$JV
~5NXd)2+Ks
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Zq^At+8+
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: +[M6X}
TQ
[A~y%bI"
public interface IMedia 51#_Vg
{ vx1c,8
void Play(); '.on)Zd.
} dzARI`
B-xGX$<z
public abstract class AudioMedia:IMedia p,
h9D_
{ E%yNa]\P
public abstract void Play(); o*b] p-
} *QpMF/<?
xe]y]
public abstract class VideoMedia:IMedia B;M?,<%FRU
{ rA3$3GLQ-
public abstract void Play(); Jb0`42
} tRs [ YK
p)jk>j B
这样再更改MediaPlayer类的代码: rV2WnAb[H&
public class MediaPlayer -z-C*%~
{ *F+KqZ.2
public void Play(IMedia media) g,Lq)'N;O
{ P2NQHX
media.Play(); ^|/TC!v]M
} ]3x?
} \9cbI3rGz
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 HguT"%iv
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 _>5(iDW0
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Vp#JS3Y
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) E-4b[xNj*+
{ 6hw=
IMedia media = null; |ax3sAg
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sGi"rg#
{ S
^"y4-2
case ("mp3"): )SaGH3~*C
media = new MP3(); ?ME6+Z\
break; [glLre^
//其它类型略; 35A|BD)q
case ("rm"): ?8I?'\F;
media = new RM();
zkt+7,vI
break; <->{
//其它类型略; o15-ZzE-
} "~#3&3HVS
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); N,`$M.|?
player.Play(media); ,KF'TsFf
} #pT"BSz]
Vrjc~>X
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 *U^6u/iH
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。 $3W;=Id=+
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。 _64A(U
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。 Za/-i"U
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: /@wg>&L]
public interface IMediaFactory DjCqh-&L
{ `EEL1[:BR
IMedia CreateMedia(); q2/pNV#
} c#XXp"7k2
!-z'2B*:^
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: 1A?W:'N
public class MP3Factory:IMediaFactory e|NG"<
{ L(/e&J@><
public IMedia CreateMedia() /1Qr#OJ(]
{ &VhroHO
return new MP3(); z#8~iF1
} 'OE&/
C[
} ."TxX.&HE
//其它工厂略; J &o|QG
cW~}:;D4
public class RMFactory:IMediaFactory }'5MK
{ dWM'fg
public IMedia CreateMedia() *!4Z#Y
{ rK@8/?y5
return new RM(); vV'EZ?
} ob+b<HFv
} aB*Bz]5;E
//其它工厂略; 5<iV2Hx
)mI 05
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。 }Q)#[#e
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: XpIklL7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Km%]1X7T6
{ P!~MZ+7#&
IMediaFactory factory = null; V8e>l[tH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P]<4R:yb
{ <m!h&_eg
//音频媒体 V("{)0~O
case ("mp3"): T!-\@PB !
factory = new MP3Factory(); y>R=`A1b
break; Vmc5IPd{\
//视频媒体 hv)x=e<
case ("rm"): 00<cYy
factory = new RMFactory(); HpR]q05d
break; wGU*:k7p
//其他类型略; Hj'x Atx5
} _ftI*ni:<
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \K_ET> !
player.Play(factory.CreateMedia()); z(o,m3@v
} O ~(pg
!ds"9w
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。 5(Cl1Yse=r
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: JHW"-b
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Zvhsyz|
{ JBD7h5|Lc
IMediaFactory factory = null; ,f kcp]}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zUDg&-J3
{ V@\gS"Tu
case ("mp3"): 'QG xd!4
factory = new MP3Factory(); SIe="YG]<
break; /;{P}-H`ei
//其他类型略; g(nPQOs$u
case ("rm"): *xc_k"\
factory = new RMFactory(); h~A/ y!s
break; *zNYZ#
//其他类型略; #:%&x@@c3P
} {qDSPo
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9 ^o-EC!_
media.Play(); MtM%{=&_
} y9_V
~aw.(A?MI
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。 Dw|}9;5:A
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。 uzXCIv@
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。 OHv[#xGuV?
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: BK*x] zG$
vrl;"Fm+
<appSettings> d[[]PX
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> M])ZK
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> )W|w C#
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> -T!f,g3vW
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ~"dA~[r
L
</appSettings> ::o lN
_t:$XJ`bTk
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 6L:x^bM
private void InitMediaType() r)qnl9?;`]
{ "vA}FV%tRq
cbbMediaType.Items.Clear(); agkA}O
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5NBV[EP
{ U6=..K!q
cbbMediaType.Item.Add(key); M-\Y"]sW
} ]5BX:%
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; sPd Gw~{
} dCb`xR}
Wi>!{.}%A
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: YpQ7)_s?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U2$d%8G
{ |\w=u6jX
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ^*S ,xP
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); wU8Mt#D!
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; QpZ:gM_
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, g"Ljm7
factoryDllName).Unwrap(); *?o{9v5}(
IMedia media = factory.CreateMedia(); oV)~@0B&0
media.Play(); avjpA?Vz
} 0WT{,/>
hhb?6]Z/
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。 #btLa\HJ
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: 0fc/wfv<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 0?sRDYaX;c
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!