面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <jF <_j
[sBD|P;M
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。 t$J-6dW
一、传统过程化设计思想 <G={Vfr
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: Y9N:%[ :>W
public class MediaPlayer (;N_lF0
{ 0ro+FJ r
private void PlayMp3() a/1{tDA
{ X9J^Olq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -oj@ c
OZ
} ;_!;D#:
?a%
u=G
private void PlayWav() ?(z3/"g]
{ |NqQKot1
MessageBox.Show("Play the wav file."); lz>hP
} "F&uk~ b$
827N?pU$)
public void Play(string audioType) o,L !F`W
{ WW.=>]7;
switch (audioType.ToLower()) 6 S8#[b
{ [(hENX}o:
case ("mp3"): 4Hw8w7us:
PlayMp3(); (`&g
break; #X+)
case ("wav"): YL]x>7T~4t
PlayWav(); /D12N'VaE
break; VCI G+Gz
} DIY WFVh
} s$Mj4_p3l
} YAO0>T<F
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。 97lwPjq
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。 Kf*+Ilq%L
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! *-7O|
''
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。 ` WVQp"m
二、面向对象设计思想 R[b?kT-%
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! AbB%osz}Ed
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: @m6E*2Gg
public class MP3 +.=a
R<Q
{ kci H
public void Play() `k+k&t
{ y(HR1vQ;Z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e>[QF+e)y
} %}@^[E)
} &\A$Rj)
j JW0a\0
public class WAV x|Dj
{ S}>rsg!
public void Play() lp6GiF
{ 7Y-GbG.'
MessageBox.Show("Play the wav file."); i<l)To -
} g$ h!:wW
} X- zg
_.j KcDf
Public class MediaPlayer Gc>\L3u
{ u+*CpKR}
switch (audioType.ToLower()) )gE:@3
{ 5i0<BZDTef
case ("mp3"): bAgKOfT
MP3 m = new MP3(); q
o'1Pknz
m.Play(); h
/on
break; fQ<V_loP.@
case ("wav"): 'vXrA
WAV w = new WAV(); 7w9) ^
w.Play(); b3Do{1BV
break; E0YXgQa
} l)?c3
} ]5^u^
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。 "ey~w=B$M
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) `H\^#Zu
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。 A&z
public class AudioMedia :
"UBeo<Z
{ hHdC/mR
public void Play() TOQvZ?_
{ |
#,b1|af
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); +!X^E9ra
} $
_ gMJ\{
} wJ{M&n1H
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)。 >4;A(s`
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: Ih.o;8PpK
public abstract class AudioMedia Ji=E 1R
{ N-suBRnW
public abstract void Play(); -IPc;`<
} J=()
A+
$v+g3+7
public class MP3:AudioMedia X/?3ifP6I
{ 3o6N&bQ b
public override void Play() Qq5)|m
{ ^K3{6}]
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q?vGg{>
} *'Ch(c:rtH
} 7-)Y\D
x;ujR<
public class WAV:AudioMedia mWtwp-
{ yHCBf)N7\
public override void Play() hF6EOCY6D
{ )4j#gHN\
MessageBox.Show("Play the wav file."); &0M^UvO
} 98x(2fCvF(
} WFtxEIrl3j
GX\/2P7CZ
public class MediaPlayer " 4s,a
{ (d_{+O"
//根据需要完成任务的单向分派 _,5(HETE2
public void Play(AudioMedia media) p3X>
{ qV5ME#TJ
media.Play(); Rf7py )
} ^}9Aq $R
}
[~ fJ/
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 vQztD_bX%
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 `6UW?1_Z5
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 9hcZbM]
public abstract class VideoMedia uRJLSt9m
{ f ^z7K
public abstract void Play(); (ZDRjBth[
} xZBmQ:s',S
e%"L79Of6)
public class RM:VideoMedia ceAK;v
o
{ lv,<[Hw1
public override void Play() <jfi"SJu
{ 2Ui)'0
MessageBox.Show("Play the rm file."); {4UlJ,Z.n
} x2;92I{5C,
} RoPz?,u
6Vi #O^>
public class MPEG:VideoMedia iugTXZ(
{ 'R= r9_%
public override void Play() -]HO8}-Rjs
{ !<@Zf4m
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 6:J @
} xj(&EGY:
} \#
(1*?2u*j
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 v@[MX- ,8
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: T5o9pmD
R|`}z"4C
public interface IMedia s\_
,aI
{ @r'8<6hVO
void Play(); gZ:)l@ Wu
} zS]Yd9;X1
LKtr>u
public abstract class AudioMedia:IMedia
!1;DRF
{ )N<>L/R
public abstract void Play(); g;Bq#/w
} #NwlKZ-
Sw>AgES
public abstract class VideoMedia:IMedia Rax}r
{ 3%>"|Ye}A
public abstract void Play(); "C%;9_ig$
} o^2.&e+dQ
n~k;9`
这样再更改MediaPlayer类的代码: (yn!~El3
public class MediaPlayer 'Q?nU^:F#
{ IKH#[jW'IB
public void Play(IMedia media) 5Tkh6 s
{ d'J))-*#UO
media.Play(); qVx0VR1:
} *[k7KG2_U
} _"Y;E
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (WX,&`a<$
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。 dyD=R
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。 %#Fd0L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Y<I/y
{ t
:sKvJ
IMedia media = null; 0;
M+8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !Tr +: SM
{ '
w!o!_T6
case ("mp3"): UeX3cD
media = new MP3(); kL{2az3"c
break; rU%\ 8T0f
//其它类型略; i` n,{{x&4
case ("rm"): [?yOJU%`
media = new RM(); +(QGlRd
break; Lr V)}1&5
//其它类型略; /!ux P~2U
} Rq<T2}K
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); eZk
[6H
player.Play(media); 7?dB&m6W
} dq[j.Nmq
JY~s-jxa
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 /k l0(='
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。 \M'b%
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@
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。 \ 2*<Pq
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: VrrCW/o
public interface IMediaFactory 1)X%n)2pr
{
3_+-t5
IMedia CreateMedia(); `[2nxP>w`
} H'P1EZtq
R4%!W~K
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: &1{RuV&t
public class MP3Factory:IMediaFactory 4hr;k0sD
{ #swzZyM$
public IMedia CreateMedia() :OUNZDL
{ .TSj8,
return new MP3(); z+C>P4c-y&
} HJ:s)As
} >| rID
//其它工厂略; _A;jtS)SY
%
Lhpj[C
public class RMFactory:IMediaFactory r*OSEzGUz
{ r\.1=c#"bP
public IMedia CreateMedia() u yzc"di
{ { %vX/Ek
return new RM(); ;lB%N
t<,
} &Ru|L.G`
} 4t|ril``]
//其它工厂略; Eo!1
WRruF
e%afK@c
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。 tK`sVsm>
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: XTUxMdN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "@;q! B.qo
{ j*Ta?'*
IMediaFactory factory = null; (dLt$<F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O$V
6QJ
{ @(,k%84z
//音频媒体 s=!
y%
case ("mp3"): 'p80X^g
factory = new MP3Factory(); qH: `
O%,
break; \f}S Hh
//视频媒体 &HNJ'
case ("rm"): 4/&Us
factory = new RMFactory(); ><mZOTn e;
break; A|,\}9)4X[
//其他类型略; ce0TQ
} nw+L _b
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8$io^n\i
player.Play(factory.CreateMedia()); |CexP^;!U
} bN`oQ.Z 4
hWfJh0I
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 mqrP0/sN
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: Q.*qU,4);
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MRwls@z=
{ ; =ai]AYW
IMediaFactory factory = null; nU- .a5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i/2OE&*O[
{ O[+S/6uy
case ("mp3"): :bkACuaEn
factory = new MP3Factory(); |FHeT*"
break; "CapP`:
//其他类型略; I,(m\NalK
case ("rm"): 5?r#6:(yI
factory = new RMFactory(); @Kd1|K
break; "WdGY*r
//其他类型略; bae .?+0[
} @NWjYHM[`
IMedia media = factory.CreateMedia(); 2`Ub;Nn29
media.Play(); S$HzuK\f
} [
dpd-s
9<I@}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。 >9'G>~P~I=
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。 ,A[40SZA
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。 (C={/waJ
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: G"T)+!6t
TRL4r_
<appSettings> H$>D_WeJ
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> hZ Gr/5f
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ^>gRK*,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> s3HwBA
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> [u;]J*
</appSettings> >"q0"zrN,
&?IOrHSv!
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: .+t{o[
private void InitMediaType() s-Q-1lKV,
{ z9}rT<hy
cbbMediaType.Items.Clear(); LzB)o\a
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ]:(>r&'
{ :WIbjI=
cbbMediaType.Item.Add(key); $~`a,[e<
} =24)`Lyb
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; TOdH
} A)Wp W M
"#z4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: -l+&Bkf
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) VI,z7
\
{ C18pK8-
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); i;;CU9`E2q
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); dE!{=u(!i
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 0N$tSTo.-<
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, &Y%Kr`.h
factoryDllName).Unwrap(); mq`N&ABO!K
IMedia media = factory.CreateMedia(); v%n'_2J =^
media.Play(); VQ5T$,&
} v|t_kNX;v*
ge)g ?IP4
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。 /Mb?dVwA
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: =B4U~|k
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 M7^PWC
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!