面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) (XlvPcTi
pju*i6z
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。 RCi8{~rIvS
一、传统过程化设计思想 cP4C<UG
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: @BPQ >
public class MediaPlayer e&E7_
{ {:=W)
37U
private void PlayMp3() :hcOceNz
{ .wUnN8crQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K:% MhH-
} 0!RP7Sx
7HQL^Q
private void PlayWav() "kC6G%
{ &ld<fa(w+2
MessageBox.Show("Play the wav file."); :5'hd^Q
} yE.st9m
nf[KD,f
public void Play(string audioType) gI9nxy
{ 8k)*f+1o
switch (audioType.ToLower()) 2
E?]!9T~|
{ Y]Z&
case ("mp3"): 2Nx:Y+[
PlayMp3(); 9P,[MZ
break; _zzT[}
case ("wav"): G(wstHT;/
PlayWav(); N"tX K
break; (/Jy9=~
} x>,wmk5)
} P: L6Zo-J
} #xq3)B
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。 E2z=U
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。 G$)tp^%]
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! [O} D^qp
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 }'86hnW
二、面向对象设计思想 I+ 3qu=
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 6xY6EC
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: vl6|i)D
public class MP3 @P>>:002/
{ 8G2QI4
public void Play() lxbC 7?O
{ M+^ NF\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kGC*\?<LmR
} ^CM@VmPp
} M,yxPHlN
9YB?wh'S[
public class WAV t-n'I/^5
{ Nf2lw]-G4
public void Play() 7xY&7 x(v
{ :7X{s4AU6
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8|$g"?CU
} 9~2iA,xs
} +?*.Emzl@
J5O/c,?g
Public class MediaPlayer Hwtoa,
{ |/c-~|%
switch (audioType.ToLower()) T+t7/PwC;
{ W5e>Z&&
case ("mp3"): qsN_EMgbdn
MP3 m = new MP3(); .W$9nbly
m.Play(); :Ig9n:
break; ;j[gE
case ("wav"): ux*G*QZ
WAV w = new WAV(); ew~uOG+
w.Play(); 7/fJQM
break; }6 u)wF5
} "vkM*HP
} r+6 DlT
a
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 @3 +
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) (Rp5g}b
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 j9w{=( MV
public class AudioMedia +W$uHQq
{ ,1-idpnX
public void Play() x9t%
{ p%X.$0
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ,`'A"]"
} (lq%4h
} j~=<O<P
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。
Jk:ZO|'Z
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ()$m9%x
public abstract class AudioMedia [9}<N2,9z
{ ,J<+Wxz
public abstract void Play(); ,%zE>^~
} 3h%Nd&_9
7|bBC+;(
public class MP3:AudioMedia YguW2R=6]
{ (KfQ'B+
public override void Play() a*_&[
{ O-pH~E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Oml /;p
} kp!(e0n
} iCGHcN^3
!Htl e %
public class WAV:AudioMedia Jy[rA<x$
{ P1]F0fR
public override void Play() $]W*;MTI}
{ a3z_o)"
MessageBox.Show("Play the wav file."); J-G)mvkv
} q1 BpE8
} _{}^]ZB
ae2I,Qt%
public class MediaPlayer jaVx9FR+
{ U[q3 9FR
//根据需要完成任务的单向分派 1N{ >00
public void Play(AudioMedia media) h+cOOm-)
{ P!)F1U]!
media.Play(); a^X% (@Sg
} Nv=% R
} k^B7M}
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)。 Wcl =YB%
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。 zxd<Cq>d
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: unnuSW#v=
public abstract class VideoMedia vDR>
Q&/K
{ ]n'.}"8Kn
public abstract void Play(); Wh"xt:
} ]/%CTD(O
\[8uE,=|
public class RM:VideoMedia N
;n55N
{ N[DKA1Ei
public override void Play() %+;am Rb
{ 8Bxb~*
MessageBox.Show("Play the rm file."); 41rS0QAM
} qjf4G[]!
} O -p^S
V4W(>g
public class MPEG:VideoMedia S3QX{5t\
{ BHNJH
public override void Play() O-~cj7
0\
{ MRK3Cey} %
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); w2`JFxQ^x
} 62[_u]<Yub
} 6pZ/C<Y|W
G!Y7RjWD
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。 O\@0o|NM
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: b=L|GV@$
n^|7ycB'
public interface IMedia }Py Z{yS
{
[Z1,~(3
void Play(); ?fpI,WFu
} O31.\ZR2
mhs%8OTN
public abstract class AudioMedia:IMedia u2U+uD@yA
{ ws,VO*4
public abstract void Play(); ? fM_Y
}
%Rm`YH?
PA,\o8]x
public abstract class VideoMedia:IMedia [LbCG
{ =#%Vs>G
public abstract void Play(); =jU#0FAO
} q _:7uQ
/q"8sj/
这样再更改MediaPlayer类的代码: )G#O# Yy
public class MediaPlayer 3Ea/)EB]
{ BG]|iHi
public void Play(IMedia media) Xcg+ SOB
{ Xupwh5G2
media.Play(); h<!!r
} !\\1#:*_W
} 3Z%jx#
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 &iJvkt
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。 RTL@WI
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。 "T>;wyGW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }\W^$e-
{ 0F&(}`V
IMedia media = null; ? 8S~R
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) TLz>|gr
{ id1gK(F8H
case ("mp3"): UGA``;f
media = new MP3(); i/,IG+4vI
break; 2 rS`ViicD
//其它类型略; 'W~6-c9y
case ("rm"): <2^
F'bQV
media = new RM(); x!?$y_t
break; zogl2e+
//其它类型略; E/>kvs%
} b X/%Q^Y
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4L&Rs;
player.Play(media); =~k#<q1^
} TO]
cZZ<
;\Pq
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 dp'k$el
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 xK_0@6
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。
.V l
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 TF@k{_f
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: _Oc\hW
public interface IMediaFactory su~J:~q
{ (Lkcx06e
IMedia CreateMedia(); mnq1WU;<
} X@:@1+U
xJ\>;$CY
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: 1X#gHstD
public class MP3Factory:IMediaFactory N[xa=
{ j[:Iu#VR
public IMedia CreateMedia() 2>kk6=<5'
{ T2XLP
return new MP3(); .;;:t0PB
} s{0c.M
} XILreATK@
//其它工厂略; |'Ksy{lA
nh/%0=S
public class RMFactory:IMediaFactory '77Gg
{ 6"GHVFB
public IMedia CreateMedia() zj#8@gbh+
{ 5R*55@)
return new RM(); #pWeMt'
} VP"C|j^I
} +J2;6t
//其它工厂略; T<u QhPMw
1u_< 1X3
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。 0G#s/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: Y?IX V*J
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p}yp!(l
{ b3+F~G-I"
IMediaFactory factory = null; c(lG_"q6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vC-5_pl
{ %d#j%=
//音频媒体 tS3{y*yi
case ("mp3"): [R{%r^"2p
factory = new MP3Factory(); ~JDVoS;>jU
break; w\5;;9_#
//视频媒体 9S<atMB
case ("rm"): N7dI}ju
factory = new RMFactory(); kaNK@a=e|/
break; rSNaflYAr
//其他类型略; C+aL8_(R
} s.>;(RiJd
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
_'U(q\ri
player.Play(factory.CreateMedia()); s)7sgP
} !sh>`AF
T7ICXpe@
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。 hixG/%aO
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: f9?f!k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =(p]L
{ ?0'db
IMediaFactory factory = null; #PA 9bM
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) NFBhnNH+
{ #;s5=aH
case ("mp3"): Ab:+AC5{
factory = new MP3Factory(); YiTVy/
break; -X,[NI3
//其他类型略; T9-2"M=|<
case ("rm"): WXJ%hA
factory = new RMFactory(); GvT ~zNd
break; M IR))j;
//其他类型略; t@3y9U$
} KDJ-IXoU
IMedia media = factory.CreateMedia(); fH?s~X]
media.Play(); rHD_sC*
} ?9:~d#p
2D'$
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。 bt0Q6v5
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。 ,];QzENw
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。 :Wd@Qy?;
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: 5HW'nhE
<g{d>j
<appSettings> "\l#q$1h
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> xcE<|0N
:
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ,2`FSL%J
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q<fDtf}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 05Y4=7,!
</appSettings> m 9.BU2.
L IRdWGQ4
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Vae=Yg=fw
private void InitMediaType() O
<"\G!y~
{ N:&EFfg3
cbbMediaType.Items.Clear(); 0E/,l``p
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) +L|-W9"@3
{ %p8#pt\$7
cbbMediaType.Item.Add(key); w ;xbQZ|+
} bTW#
f$q:4
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; G^qt@,n$;
} m-MfFEZ
"aJfW
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: tIL ]JB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }MW+K&sIh
{ xw~3x*{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GfL:0
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); P8n |MN
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; K)s{D]B
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, &v g[k#5
factoryDllName).Unwrap(); 8m 5T
IMedia media = factory.CreateMedia(); 0c$ ')`!m
media.Play(); 9UE)4*5
} 7~m[:Eg6[s
v)%0`%nSR
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。 %>!$eCX
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: R 9b0D>Lxt
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 S$ Z?T
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!