面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) rEs,o3h?po
o= N= W
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。 }-YD_Pm
K-
一、传统过程化设计思想 LW0't}
z
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: Gl`Yyw@84
public class MediaPlayer ImyB4welo
{ ~vBmW_j
private void PlayMp3() Y0aO/6
{ bU(t5
[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j`ggg]"&$
} +'JM:};1X8
bgL`FW i3
private void PlayWav() 8%>
Ls
{ 4E&URl0Bh
MessageBox.Show("Play the wav file."); Cf
J@|Rh
} lMF j"x\
``$At ,m
public void Play(string audioType) q2Ax-#
{ F=$2Gz
'RT
switch (audioType.ToLower()) D />REC^
{ j*rra
case ("mp3"): KP -g<Zc
PlayMp3(); 3RZP 12x
break; )pW(Cp
case ("wav"): d&PXJ
PlayWav(); +#A>[,U
break; G*3O5m
} 8L9xP'[^
} b~y1'|}g
} o_vK4%y(
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 a>(LFpVk}
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 0^?(;AK
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! W5<1@
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。
9 k)?-
二、面向对象设计思想 M)!8`]
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! m .le' &
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: +^1HtI|y
public class MP3 ;.'2ZNt2
{ F!tn|!~
public void Play() B=JeZMn
{ -A[iTI"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); c{ +Y$
} {UT^pIP\
} QA+qFP
v1 d]
public class WAV GX4# IRq
{ [Z`q7ddd^
public void Play() *+vS
f7
{ / 9/=]
MessageBox.Show("Play the wav file."); @D[jUC$E
} 9mIq9rQ|*
} =iB0ak
f5IO<(:E^
Public class MediaPlayer GE\@mu *pO
{ o6P)IZ1
switch (audioType.ToLower()) Mmq{]q~At
{ HWi0m/J
case ("mp3"): =mxmJFA
MP3 m = new MP3(); ]6v6&YV
m.Play(); .ZJt
break; -4mUGh1dy
case ("wav"): MS%xOB*6
WAV w = new WAV(); vZ\~+qV,A
w.Play(); \SkCsE#H
break; 8sOM%y9M
} qY]IX9'kV
} {n2mh%I
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 P ^R224R
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Q+*o-
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Z)Nl\e& M
public class AudioMedia (y7U}Sb'
{ \::<]
public void Play() oIdMDp^$
{ k%?wNk>
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); IKb 7#Ut
} &]iX>m.
} `PnB<rf:*1
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)。 -)(HG)3
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: e*;-vS9H
public abstract class AudioMedia m*tmmP4R
{ 5 5>^H1M
public abstract void Play(); ymT&[+V
} GxL5yeN@(
`{s:lf
public class MP3:AudioMedia /PN[g~3
{ W2J"W=:z
public override void Play() ?ntyF-n&
{ MQ9 9fD$
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); !>W _3Ea
} sqFMO+
} -bdF=
lPFT)>(+@
public class WAV:AudioMedia X!V@jo9?
{ N'w;1,c+
public override void Play() BFc=GiPnQ
{ )"s <hR,
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,d'x]&a
} ]f=108|8
} M^DYzJ
jk,:IG
public class MediaPlayer ;0( |06=
{ 6 6WAD$8$
//根据需要完成任务的单向分派 T|`nw_0
public void Play(AudioMedia media) i9+(gX(t
{ `?{i dg
media.Play(); DyIuM{Owj
} i7v> 9p7
} 7KXc9:p+
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)。 wK0vKdi
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。 |{udd~oE&
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: }w^Hm3Y^&
public abstract class VideoMedia ('QfB<4H1
{ 0+p
<Jc!
public abstract void Play(); PRcW}"m]Qg
} h BD .IB
-}Vnr\f
public class RM:VideoMedia RGvfy/T
{ 97;`R[^J
public override void Play() VgLrufJ
{ 9bd $mp
MessageBox.Show("Play the rm file."); P Llad\
} CmKbpN*
} T9N][5 \
PoTJ4z
public class MPEG:VideoMedia %>u(UmFO
{ ~Ry?}5&:
public override void Play() `5,46_
{ 5'=\$Ob
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ?Co)7}N
} vJTdZ p
} hq[;QF:B
Ud@D%?A7
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。 \>,[5|GU
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: s?r:McF`
2loy4f
public interface IMedia fg"]4&`j-
{ 3[`/rg,
void Play(); &/)2P#u
} /o@6?UH
zl8O @g
public abstract class AudioMedia:IMedia 84(NylZ
{ aTXmF1_n
public abstract void Play(); iF0x>pvJ@
} I_ O8 9Sgn
$=&a0O#
public abstract class VideoMedia:IMedia !' ;1;k);
{ %a\!|/;6
public abstract void Play(); [{R^!Az&b<
} ^!a4!DGVT
n[|*[II
这样再更改MediaPlayer类的代码: I?y!d
G
public class MediaPlayer xLX2F
{ `X;' *E]e
public void Play(IMedia media) XR2Gw4]
{ wg-qq4Q\
media.Play(); zoh%^8?o
} ]{sx#|_S
} 0<ze'FbV]
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 GhlbYa
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 \B\G=Y
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 UYLCzv~W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /sU~cn^D5
{ &oJ1v<`
IMedia media = null; _mBFmXHHS$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z8VcV*6
{ oh^/)2W
case ("mp3"): !!KA9mP
media = new MP3(); \}Hi\k+h':
break; ./7*<W:
//其它类型略; H^TU?vz}
<
case ("rm"): S1vUP5cZ
media = new RM(); =\ek;d0Tqb
break; ?R!?}7
//其它类型略; ]?un'$%e
} )I{~Pcq
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ]cmq
player.Play(media); :abpht
} 7M.TLV!f]
r*F^8_YMK
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 g6D7Y<}d
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 +<})`(8
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Vb57B.I
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Jn\@wF9xd
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: ~9We)FvU4
public interface IMediaFactory .EfGL_
{ E*"-U!?)l2
IMedia CreateMedia(); n1Z*wMwC
} j9sLR
7*MjQzg-P
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: )x<oRHx]
public class MP3Factory:IMediaFactory 'pa8h L
{ w3>.d(Q
public IMedia CreateMedia() /EvnwYQy
{ LLV1W0VO=P
return new MP3(); G<m6Sf
} =XhxD<kI
} D:56>%y@
//其它工厂略; ^ZD0rp(l
.
g8WMm
public class RMFactory:IMediaFactory JY0}#FtgV
{ DQy;W ov
public IMedia CreateMedia() ba"_!D1
{ 1i=p5,|
return new RM(); (GJX[$@
} 3d;w\#?L;
} 3bK=Q3N
//其它工厂略; '{F
Od_uk%
&eIwlynm
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。 X B[C&3I
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: # n\|Q\W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q6T>y%|FZ
{ b|-7EI>l9
IMediaFactory factory = null; 0N`'a?x
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _OY<Hb3%M
{ ( jtkY_
//音频媒体 +V,Ld&r
case ("mp3"): zz[[9Am!
factory = new MP3Factory(); 3IYbgUG
break; W:y'a3~
//视频媒体 m'"Ra-
case ("rm"): &?0hj@kd~
factory = new RMFactory(); VCCG_K9'
break; 'qlWDt/
//其他类型略; an`
GY&
} 0$I!\y\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 39Zs
player.Play(factory.CreateMedia()); Jo9!:2?
} I%#
e\
tOVYA\]
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。 #M=d)}[
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: }<
m@82\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X0zE-h6P
{ 2@+MT z
IMediaFactory factory = null; pNzpT!}H>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]zR,Y=
#
{ v}^
f8nVR
case ("mp3"): jY8u1z
factory = new MP3Factory(); n 7m!
break; ko<VB#pOMr
//其他类型略; *EzAo
case ("rm"): -E>se8 %"
factory = new RMFactory(); CJ
9tO#R
break; jHWJpm(
//其他类型略; `Ef&h V
} o]@g%_3X
IMedia media = factory.CreateMedia(); zV=(e( [
media.Play(); 0CS80
pC
} *3W e5
DU:
sQS4
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。 k%v/&ojI
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。
g+iV0bbT
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。 tf@x}
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: SsF
5+=A
q;a#?Du o
<appSettings> Lu?)Rya
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> /,Sd
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 3`aJ"qQE
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 3((53@s98
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ]0wmvTR
</appSettings> b1{XGK'
xuDn:
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: ~IE5j,SC
private void InitMediaType() i|Y_X
{ 7J%v""\1!
cbbMediaType.Items.Clear(); WsCzC_'j.
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) +6*
.lRA
{ NX*9nwp^
cbbMediaType.Item.Add(key); R.)U<`| |
} tK|hC[
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; fV.43E
} \'L6m1UZ%
aUy=D:\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ]41G!'E=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) s
`r tr
{ /z4xq'<
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @zJ#16Vi
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); XabrX|B#
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; e-os0F
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~QsQ7SAs
factoryDllName).Unwrap(); (t9qwSS8z
IMedia media = factory.CreateMedia(); /j'We-C
media.Play(); 2/BFlb
} lm&C!{K
EVj48
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。 'eo2a&S2D
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: 79%${ajSI
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 b@f.Kd7I
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!