面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :c/54Ss~
/*#o1W?wQZ
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。 jYp!?%!
一、传统过程化设计思想 ?%6oM
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: 4zyQ "?A~
public class MediaPlayer 1iF=~@Nz_
{ m]n2wmE3n
private void PlayMp3() =~;~hZj
{ .a@12J(I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); V%8(zt
} mUg :<.^
^%7(
private void PlayWav() ]rv\sD`[
{ !6(3Y
MessageBox.Show("Play the wav file."); qZd*'ki<
} `Z;Z^c
'[#y|
public void Play(string audioType) u9"=t
{ 7P<VtS
switch (audioType.ToLower()) h&'|^;FM
{ l'"nU6B&
case ("mp3"):
>Z!!` 0{
PlayMp3(); P73GH
break; qX@e+&4P0
case ("wav"): 99=~vNn
PlayWav(); %/A>'p,~
break; c>LP}PGk
} &>\;4E.O5
} *V2;ds.~
} p~w] ~\
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。 <st<oR'
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。 5Y *4a%"
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! 6|eqQ+(A
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。 a`'>VCg
二、面向对象设计思想 ozRO:*51
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! +YvF+E
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: #tV1?q
public class MP3 On*I.~
{ ga
+,
P
public void Play() ]d1'5F][H
{ 95,]86
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
V#ELn[k
} Vgj#-7bdyi
} j.&dHtp
t(3f} ?
public class WAV 2_wue49-l
{ e4z~
public void Play() 6&$.E! z
{ $'V^_|EL7
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0b{jox\!B
} ps<Ef
} .)tv'V/
Al^tM0T^
Public class MediaPlayer A$@;Q5/2
{ Fe!MA
switch (audioType.ToLower()) 8$}<4 `39
{ NVM_.vL
case ("mp3"): Y+"1'W
MP3 m = new MP3(); C!+D]7\j
m.Play(); @7nZjrH
break; 63oe0T&
case ("wav"): 5=?P6I_$G
WAV w = new WAV(); ZO%^r%~s
w.Play(); 5k0iVpjQ
break; _m9k2[N!
} bYP8
} AY52j
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。 IS]A<}j/-
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) HUx`RX0>
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。 b=EI?XwJ
public class AudioMedia N?qETp -:
{ _x.2&S89
public void Play() *HD(\;i-$
{ M`&t=0D
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); -PPwX~;!
} Z,)H f
} }eLApFHEDg
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)。 GKoYT{6
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: |XB<vj07G
public abstract class AudioMedia ql@2<V{
{ 'UX^]
public abstract void Play(); eX$KH;M
} S>dHBR#AD
V48_aL
public class MP3:AudioMedia gCghWg{S
{ ]H/,Q6Q
public override void Play() pb97S^K[
{ UCVYO.
9"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); WR #XPbk
} lR %#R
} &4OJJ9S
=aVvv+T
public class WAV:AudioMedia 7]rIq\bM
{ V(TtOuv
public override void Play() k1z`92"
{ (1CP]5W
MessageBox.Show("Play the wav file."); 5~h)pt47
} C|]c#X2t3
} ajycYk9<m
}uDpf0;^
public class MediaPlayer Cj>HMB}
{ Zz} o t
//根据需要完成任务的单向分派 &n1Vv_Lb
public void Play(AudioMedia media) [k
7HLn)
{ 8U@f/P
media.Play(); o`CM15d*7o
} %f;v$rsZ
} HB )+.e
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)。 "[
S[vkI
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。 7X(2SI3m
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: 7u"Q1n(h/
public abstract class VideoMedia 4S42h_9
{ $'\kK,=
public abstract void Play();
GAfc9
} sNx_9pJs4
jga;q
public class RM:VideoMedia (*A@V%H
{ 1HO;~NJ]m
public override void Play() 2(d
{ @|(cr: (=H
MessageBox.Show("Play the rm file."); X8tPn_`x
} h>V6}(~;.
} l=xG<)Okb
c7+6[y DVE
public class MPEG:VideoMedia wbWC &X.
{ ll5;09
public override void Play() P 'h39XoZ
{ JcRxNH
)<"
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); >4ex5
} <Ch9"1f3,
} UovN"8W+
YAXd
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 FtJaX])b
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: !Mw/j`*
,xU#uyB
public interface IMedia vs8[352
{ E0qJ.v
void Play(); 3sV$#l P
} &7'=t6
F+Kju2
public abstract class AudioMedia:IMedia T
?Om]:j
{ 7s%D(;W_Mo
public abstract void Play(); uyEk1)HC
} Dh^l:q+c
7y^)n<'co
public abstract class VideoMedia:IMedia npeL1zO-$
{ @~gPZm
public abstract void Play(); d %}?%VH
} 4(,.<#
GQg
2!s(
这样再更改MediaPlayer类的代码: y={ k7
public class MediaPlayer W.4R+kF<
{ "#Z e3Uy\
public void Play(IMedia media) &DGqY5=
{ G!`%.tH
media.Play(); =X(N+(1~
} 'sAkrl8kt
} yuC"V'
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 `/1rZ#
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。 Q:)4
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。 nGGw(6c%>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) VP< zOk7
{ 6MOwn*%5k
IMedia media = null; 2L^/\!V#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) e3n^$'/\r
{ &LM@xt4"^[
case ("mp3"): \ MuKS4
media = new MP3(); #HL$`&m
break; EE09 Er%\
//其它类型略; X,@nD@
case ("rm"): >#dLT~[\a
media = new RM(); 3^Is4H_8
break; tY#&_%W
//其它类型略; #}.{|'L
} R;AcAJ;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lYe2;bu
player.Play(media); @}jg5}
} &pl)E$Y
<.g)?nj1
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <Y /3U
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。 5<X"+`=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。 >l}v
_k*~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。 L7- JK3/E
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: 3q'nO-KJ
public interface IMediaFactory ral=`/p
{ [*K9V/
IMedia CreateMedia(); gs}&a3d7k
} #U'}g *
H^*[TX=#[
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: *#p}FB2H#
public class MP3Factory:IMediaFactory j}lne^ h
{ 7.{+8#~nV
public IMedia CreateMedia() zKk=R6w
{ _0 [s]
return new MP3(); QBmARQ
} aIT0t0.
} q8_E_s-U,
//其它工厂略; p8]X Ne
6I~M8Lo;
public class RMFactory:IMediaFactory NWwKp?
{ `-s]dq
public IMedia CreateMedia() |@rf#,hTDp
{ .4 NcaMj
return new RM(); PtPx(R3
} xxGQXW
} &B8x0 yi
//其它工厂略; EP4?+"Z
M G&vduu
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。 Cjt].XR@
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: j~rW
2(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Q&$2F:4f&
{ xE_~.EoB
IMediaFactory factory = null; </9c=GoJ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) MR,>]|
^
{ |I]G=.*E
//音频媒体 c-~i=C]
case ("mp3"): =585TR;
V
factory = new MP3Factory(); 9u^za!pE
break; (<`>B
//视频媒体 M;g"rpM
case ("rm"): *ax&}AHK[/
factory = new RMFactory(); }uD*\.
break; ZDK+>^A)
//其他类型略; "2!5g )iO
} q.hpnE~#lh
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); sz7<u|
player.Play(factory.CreateMedia()); {Y+e|B0
} 4\U"e*
}P!:0w3
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ?S)Pv53>}
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 4fL>Ou[YuX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) TD ;u"
{ Fyz1LOH[X
IMediaFactory factory = null; d^Cv9%X
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &x.5TDB>%
{ .4z_ohe
case ("mp3"): ^6UE/4x!y
factory = new MP3Factory(); pmUC4=&e
break; &)Vuh=
//其他类型略; T~lHm
case ("rm"): %
y` tDR
factory = new RMFactory(); #cl|5jm+m#
break; IjPtJwW`A
//其他类型略; Y,KSr|vG
} q\s>Oe6$
IMedia media = factory.CreateMedia(); 1N.weey}W
media.Play(); 27JZwlzZ
} i:R_g]
i1qmFvksl
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。 utdus:B#0
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。 0d,&)
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。 |@D%y&
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: 0VgsV;
*%]&5
<appSettings> |'k7 ;UW
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> jjoyMg95
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> n7#}i2:
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> R4f_Kio
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> G7#<Jo<8
</appSettings> xCU
pMB7
?DM!=.]
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: |dqAT .
private void InitMediaType() K}dvXO@=|c
{ C%P"\>5@
cbbMediaType.Items.Clear(); x*_'uP oS
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) &K"qnng/y
{ O3L:v{Kn
cbbMediaType.Item.Add(key); GZiN&}5e
} K{G\=yJ((
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; "V4ru&a
} covK6SH
y $>U[^G[
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5F5)Bh
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8 }OII\
{ [@/x
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); .Nd_p{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 78zwu<ET
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; y=e|W=<D&
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, *edhJUT
factoryDllName).Unwrap(); Z=144n 1
IMedia media = factory.CreateMedia(); G8CM
media.Play(); JN<u4\e{-&
} X./7b{Pax
'CjcFP
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。 LeXkl=CC
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: Cbr>\;sc2Z
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 *46hw(L
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!