面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) QD8.C=2R
Tasmbo^mAF
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。 |\}&mBR
一、传统过程化设计思想 w"PnN
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: h+\+9^l6|
public class MediaPlayer ~nP~6Q'wSH
{ @PQ%
xcOC7
private void PlayMp3() Os90fR
{ Ux/|D_rlf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); lmGVSdo
} hSN{jl{L`
@~=*W5
private void PlayWav() "_f~8f`y
{ :eH*biXy}2
MessageBox.Show("Play the wav file."); }]<Ghns
} xmM!SY>
'VMov
public void Play(string audioType) dCb7sqJ%
{ *dAQ{E(rO
switch (audioType.ToLower()) *XU2%"Sc
{ N1',`L5
case ("mp3"): 7I $~E
PlayMp3(); '!hA!eo>J
break; 21T#NYfew
case ("wav"): *+i1m`6Q
PlayWav(); Y:?cWO
break; \ 4`:~c
} 8mm]>u$
} =K\xE"
} !&eKq?P{j
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。 7Mj:bm&9
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。 o){\qhLp
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! xCQLfXK7
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。 *2T"lpl
二、面向对象设计思想 YAdk3y~pL
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! CyV2=o!F w
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: JhU"akoK
public class MP3 /Kd9UQU
{ i8h^~d2"
public void Play() [yhK4A
{ 1PN!1= F}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); QomihQnc
} u\AL`'v
} 7WMF8(j5
Oxp!G7qfo
public class WAV "-
?uB Mz
{ n1Wo<$#
public void Play() v[2N-
{ +^ cjdH*
MessageBox.Show("Play the wav file."); j[RY
} h(/& ;\Cr
} ^$AJV%3wI
KY'x;\0
g
Public class MediaPlayer &v/>P1Z
G
{ KU=+ 1,Jf
switch (audioType.ToLower()) vf@toYc[E
{ iAr]Ed"9|
case ("mp3"): 3
,f3^A
MP3 m = new MP3(); xxQgX~'x
m.Play(); V<i_YLYmJe
break; K%g_e*"$
case ("wav"): |
9 <+!t\
WAV w = new WAV(); cakwGs_{
w.Play(); *%ta5a
break; LTTMxiq[*
} iBt<EM]U/
} ]~@uStHn
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。 Ve ipM
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) RxA:>yOPn
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。 v&)G~cz
public class AudioMedia _B?Hw[cc
{ re xMS
public void Play() tc|PN+v;
{ CklIrD{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); `uof\D<']
} ^4~?]5Y\
} ]^0mh["
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)。 3De(:c)@
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: s}<i[hY>
public abstract class AudioMedia |vPU]R>6
{ )eVn1U2*z.
public abstract void Play(); M#.dF{%%
} Ms=N+e$n
XE$;Z'Qhjm
public class MP3:AudioMedia %%T?LRv
{ C*stj
public override void Play() ^Z+p_;J$p
{ w
y&yK*w
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); H-qbgd6&>R
} "!R*f $
} 717OzrF}A?
}1mkX\wWP
public class WAV:AudioMedia "uP~hFA7M
{ JYR^k=
public override void Play() =bOMtQ]
{ 13p.dp`
MessageBox.Show("Play the wav file."); cz1 m05E
} Ww0dU _
} =>-W!Of
}p>l,HD
public class MediaPlayer s[;1?+EI
{ "9IR|
//根据需要完成任务的单向分派 Rxq4Diq5k
public void Play(AudioMedia media) gbu*6&j9
{ q\/xx`L
media.Play(); fC+tu>=
} +fN2%aC
} 5^Ny6t
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)。 OyQ[}w3o|
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。 s{:Thgv,9
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: |*g\-2j{
public abstract class VideoMedia Ie}7#>S
{ sitgz)Ki^
public abstract void Play(); rrSFmhQUk
} 7|k2~\@q
e\._M$l
public class RM:VideoMedia }Xb|Ur43
{ l%
p4.CX
public override void Play() : cPV08i
{ 3$3%W<&^
MessageBox.Show("Play the rm file."); bD=R/yA
} ;!j/t3#a
} }O\g<ke:u
nT7]PhJ
public class MPEG:VideoMedia |\RN%w7E8
{ XO5E-Nh
public override void Play() \Rw^&;\1
{ 5O~;^0iC
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); k)zBw(wr
} TVVu_ib
} D7Y?$=0ycb
69 J4p=c,
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。 c_ u7O
\
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: a1x].{
qE.3:bQ!`
public interface IMedia S`& yVzv
{ Gh}* <X;N
void Play(); hyY^$p+
} :BF
WX
_TyQC1 d
public abstract class AudioMedia:IMedia r-Oz k$
{ w+{{4<+cd
public abstract void Play(); e 8^%}\F
} s>=$E~qq
Lr Kx
public abstract class VideoMedia:IMedia RN$q,f[#
{ \==Mgy2J8
public abstract void Play(); r;O?`~2'4
} M"foP@
Pr,C)uch
这样再更改MediaPlayer类的代码: X7SSTcA
public class MediaPlayer 88}0 4
{ 2<*Yq8
public void Play(IMedia media) N6v*X+4JH
{ UMH~Q`"
media.Play(); xR;z!Tg)
} )>]SJQ!k
} qc3?Aplj
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 W+.?J
60
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。 PPh1y;D
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。 a?)g>e
HN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) kdMB.~(K=
{ iig&O(,
IMedia media = null;
dBHki*.u
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mo]>Um'F
{ bBQHxH}vi
case ("mp3"): 9lX[rBZ
media = new MP3(); 9Dyw4'W.N
break; NM1TFs2Y*
//其它类型略; :~p_(rE
case ("rm"): T{
lm
z<g
media = new RM(); ^.M_1$-
break; w_YY~Af
//其它类型略; 17VNw/Y
} 0.#%KfQ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); G~NhBA9
player.Play(media); Xg;q\GS/<i
} &WdP=E"
II.Wa&w}
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 {9hhfI#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。 O>ZJOKe
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。 &<hk&B
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。 !)c0
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: |\]pTA$2
public interface IMediaFactory `U;V-
{ ik0w\*
IMedia CreateMedia(); ^1ks`1
} eoPoGC
mW)"~sA
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: QEEX|WM
public class MP3Factory:IMediaFactory 'YEiT#+/
{ x_EU.924uY
public IMedia CreateMedia() &0mhO+g
{ NmN:x&/
return new MP3(); 6uFGq)4p@
} &HJ~\6r\
} JM*rPzp
//其它工厂略; u[!Ex=9W
=PoPp
public class RMFactory:IMediaFactory #elaz8 5
{ tI2p-d9B
public IMedia CreateMedia() Pv@;)s(-
{ EKT"pL-EY
return new RM(); b;I!CyD
} 6:\z8fYD
} [92bGR{
//其它工厂略; 98WJ"f_ #
!v 3wl0
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。 4 W+ nSv
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: yAc}4*;T/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Iq47^
{ St1>J.k_
IMediaFactory factory = null; x[%% )[d
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;}k_2mr~
{ {XYf"ONi
//音频媒体 $Vm J[EF1
case ("mp3"): ~K|o@LK
factory = new MP3Factory(); %P]-wBJw
break; QLTE`t5w3'
//视频媒体 ZP%Bu2xd
case ("rm"): NO)vk+
factory = new RMFactory(); ?/ s=E+
break; L G9#D
//其他类型略; PiIILX{DuH
} 0M>%1*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lc0Z fC
player.Play(factory.CreateMedia()); dnTXx*I:
} GG_A'eX:I
?Qs>L~
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 U0S}O(Ptr
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: z9KsSlS ^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dkbKnY&
{ g:c
@
IMediaFactory factory = null; Th*mm3D6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) %n#^#:
{ jfrUOl'l
case ("mp3"): 'w7{8^Z2
factory = new MP3Factory(); {EupB?
break; 8|,-P=%t
//其他类型略; G,i%:my7
case ("rm"): 8 _[f#s`)
factory = new RMFactory(); Qod2m$>wp}
break; c[0$8F>
//其他类型略; z'X_s.9F
} :ui1]its4
IMedia media = factory.CreateMedia(); ]#
T9v06w
media.Play(); WJL,L[XC
} ]t3
NA*mM
P.1iuZ "w
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 ]j:Ikb}
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ByZ.!~
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 gf2w@CVF>=
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: _E[{7"3}
)+9D$m=P;
<appSettings> Lp*T=]C]
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> G8?<(.pi@
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> W.,J'
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> efP2 C\
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> y]\R0lR
</appSettings> i&FC-{|Z
wGQ{
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: Dl/_jM
private void InitMediaType() XT_BiZ%l5O
{ "$8<\k$LGT
cbbMediaType.Items.Clear(); et ]*5Y6
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) bvR*sT#rg
{ U^0vLyqW^5
cbbMediaType.Item.Add(key); .< vg[
} RN:#+S(8
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *id|za|:k
} FZmYv%J
(^Do#3
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 0QIocha
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Bv@m)$9\+3
{ y$V{yh[:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); NI s4v(!
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); e@,,;YO#4
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; cmN0ya
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, +msHQk5#$m
factoryDllName).Unwrap(); |_2ANWHz
IMedia media = factory.CreateMedia(); nZ7v9o9
media.Play(); n8G#TQrAE
} 5\Y/s o=
0_D~n0rq,v
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。 6l
vx
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: @7^#_772
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [Iihk5TT
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!