面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ]xkh"j+W
p[O\}MAd#
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。 28LBvJVq@
一、传统过程化设计思想 ~<.{z]*O
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: /-knqv
public class MediaPlayer 6HguZ_jC
{ ih|;H:"^
private void PlayMp3() DfU]+;AE
{ P L7(0b%
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); QuP)j1"X
} Z2L7US-
bv;.6C(T<
private void PlayWav() AdpJ4}|0
{ YQ@2p?4m
MessageBox.Show("Play the wav file."); h<Ct[46,S
} ? 'qyI^m@
v, CWE
public void Play(string audioType) xk
{ `W >Sss
switch (audioType.ToLower()) TCFr-*x
{ (q0vql
case ("mp3"): \11+~
PlayMp3(); M&jlUr&l
break; {!j)j6(NY
case ("wav"): L PS,\+
PlayWav();
&1f3e
break; v}J0j
} fP[S.7F+No
} F [Lg,}
} 1 0zw}1x
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。 K^6d_b&
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。 (Hmm^MV)
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! [7Q%c!e$ *
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。 :L {*B$c
二、面向对象设计思想 `T+w5ONn
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! qw*) R#=
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ?yxQs=&-q~
public class MP3 0K6My4d{
{ r7sA;Y\
public void Play() Q_Br{
`c
{ obGhO
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kdWUz(
} <$@I*xk[
} ?(Ua+*b
73 4t
public class WAV RH:vd|q+
{ <@# g2b
public void Play() Y]=k"]:%
{ "hQGk
MessageBox.Show("Play the wav file."); cRMyYd J o
} :
h(Z\D_
} gkX7,J-0
6yBd9= 3K
Public class MediaPlayer Z^}[CQ&Am
{ pH2/."zE<
switch (audioType.ToLower()) }a/z.&x]V
{ 'Hzc"<2Y\
case ("mp3"): $hHV Ie]+
MP3 m = new MP3(); z(8G=C
m.Play(); piH0_7qr
break; Q)y5'u qZ
case ("wav"): MD*dq
WAV w = new WAV(); m ?; ?I]`
w.Play(); sYo&@~T
break; C=|8C70[%N
} { =\Fc`74
} B;F~6i
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 :h |]j[2p
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) [Y$TVwFwX
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。 TqL+^:cq
public class AudioMedia ZDAW>H<
{ wx[m-\
public void Play() ~#4FL<W
{ 8MI8~
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Mo<q(_ZeRP
} c_CVZR?
} g~b$WV%
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 @ZjO#%Ep/
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Z:<an+v|5
public abstract class AudioMedia zd)QCq
{ ?G,gPb
public abstract void Play(); .j &#
} =-_hq'il
UX[s5#
public class MP3:AudioMedia FF#+d~$z
{ ^<qi&*
public override void Play() t1 U+7nM
{ lz::6}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \K~wsu/?`
} MoQ\~/Z|
} <YtjE!2
F~qZIggD
public class WAV:AudioMedia J^ewG
{ 7H?xp_D
public override void Play() 4Ngp -
{ yNEU/>]>2
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~,ozhj0f/
} $|@vmv0
} b- e
W1M322]>L
public class MediaPlayer i7 21(1
{ b>8TH-1t~
//根据需要完成任务的单向分派 A6 .wXv,
public void Play(AudioMedia media) $.kJBRgV*
{ !zx8I7e4
media.Play(); M2w'cdHk
} 9&uf
} 09anQHa
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 oQ,<Yx%E3
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 5O d]rE
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: p4MWX12
public abstract class VideoMedia 7n.Oem
{ .gmS1ju
public abstract void Play(); +0z7}u\x
} V" 8 G-dK
_<{<b
public class RM:VideoMedia &^DVSVqs^
{ qbeUc5`1
public override void Play() W+63B8)4
{ [:#K_EI5%
MessageBox.Show("Play the rm file."); {+7FBdxVB
} }.&;NgZS
} {QylNC9
N)
_24
public class MPEG:VideoMedia k_,&
Q?GtU
{ ni%)a
public override void Play() HnKgD:
{ Q8AAu&te7
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Y8]@y0(
} zD<W`_z
} <{bxOr+
Q2- lHn^L:
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 D?"P\b[/
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: DE/SIy?
isd-b]@:Lc
public interface IMedia TUC)S&bC
{ aK
-x{
void Play(); M @-:iP
} 'UWkJ2:!
{9}CU~R
public abstract class AudioMedia:IMedia oC49c~`8
{ jF0"AA
public abstract void Play(); 1<73uR&b%
} >8kXa.)84
8$A0q%n
public abstract class VideoMedia:IMedia ls:oC},p*
{ K _YOp1
public abstract void Play(); nL/]Q'(5
} ?..BA&zRk
2O[sRm)
这样再更改MediaPlayer类的代码: =hFY-~U
public class MediaPlayer 'xj5R=V
{ l7qW)<r
public void Play(IMedia media) kl.; E{PL
{ ;]Q6K9.d8
media.Play(); bV&9>fC
} (~zu4^9w
} gAdqZJR%]
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 :M6v<Kg{;
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。 yT_W\"=8
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。 `}#rcDK
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =FhP$r*
{ \8QOZjy
IMedia media = null; ./k7""4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _8u TK%|
{ I
]ZZN6"
case ("mp3"): *YeQCt-l
media = new MP3(); jBYvOy*$Q
break; S\8v)|Pr
//其它类型略; eN,9N]K
case ("rm"): zU~ Ff"<
media = new RM(); 2vjkThh`I
break; b|Emu!9U
//其它类型略; . waw=C
} 'Tjvq%ks
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); "nu]3zcd
player.Play(media); sb{K%xi%
} O%\cRn8m
zvdut ,6<
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [m0X kvd
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。 3<
?+Yhq
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。 >bf.T7wy
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。 8(\}\4G_
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: s<F*kLib
public interface IMediaFactory (b f
IS
{ "Esl I
IMedia CreateMedia(); y'!OA+ob
} '?veMX
F&czD;F
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: 37zBX~
public class MP3Factory:IMediaFactory rV%T+!n%c
{ 5N|LT8P}Z
public IMedia CreateMedia() FHr)xqo=~
{ O68-G
return new MP3(); H
u;"TG
} 5;0w({1l
} Ie.
on )
//其它工厂略; ?lsK?>uU
}b(hD|e
public class RMFactory:IMediaFactory a(A~S u97
{ !t23
_b0
public IMedia CreateMedia() NLMvi!5w,
{ uxU-N
return new RM(); 5 qfvHQ ~M
} "i;.>
} Ol }5ry
//其它工厂略; V@`b7GM
j;-Wf6h{
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。 b}R_@_<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: 8{G!OBxc\.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N ^rpPq
{ kzRvLs4xM
IMediaFactory factory = null; rV%68x9
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _Rii19k
{ ,_kw}_n=
//音频媒体 jy!]MAP#Gk
case ("mp3"):
AfTm#-R
factory = new MP3Factory(); Df4O~j$U"s
break; &IUA[{o~e
//视频媒体 Og7yT{h_
case ("rm"): AhF@
factory = new RMFactory(); YP02/*'
break; gt}Atr6>_
//其他类型略; DA
"V)
} `}),wBq
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); HqWWWCWal
player.Play(factory.CreateMedia()); Zmyq6.1q~
} kS-BB[T
I_ZJnu<
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。 w"9h_;'C_
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: Z5q%L!4G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~JL
qh
{ _VT{2`|})
IMediaFactory factory = null; 5qnei\~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) caQ1SV^{9
{ d%P2V>P
case ("mp3"): FSQB{9,H
factory = new MP3Factory(); \|Af26
break; .z,-ThTH@\
//其他类型略; ElW\;C:K*
case ("rm"): MeBTc&S<
factory = new RMFactory(); DS(>R!bb
break; mKe6rEUs|
//其他类型略; =T[P
} daKZ*B|
IMedia media = factory.CreateMedia(); gtuSJ+up
media.Play(); n{4iW_/D
} [}4zqY{
#g6 _)B=S
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。 H2jypVs$2
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 fF0K].
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 'bl9fO4v
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ;
pBLmm*F
u;t<rEC2
<appSettings> 1Gr^,Ry
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> -KGJr
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 0BC@wV
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> oYw?kxRZ
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> R1LirZlzJ
</appSettings> y ~
K8
mx}5":}
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: h~#F2#.
private void InitMediaType() \ZcI{t'a
{ >k"O3Pc@
cbbMediaType.Items.Clear(); SdlO]y9E
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) i
7]o[
{ EcHZmf
cbbMediaType.Item.Add(key); I'P|:XKI
} _K9PA[m5~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 3J"`mQ
} uN<=v&]q
[s^pP2
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: /1LN\Eu
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]&]G
{ @TALZk'%
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); |2^mCL.r
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); oqwW
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ti+e U$
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, cY!Y?O
factoryDllName).Unwrap(); m%J?5rR3
IMedia media = factory.CreateMedia(); 'QE8
media.Play(); X]}ai5
} I '0[
co\?SgE35
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。 TYuP
EVEXZ
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: G%~V b
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 |gA@$1+}
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!