面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )tS-.P rA-
"X04mQn15
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。 *RWm47
一、传统过程化设计思想 a8pY[)^c
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: YuQ~AE'i
public class MediaPlayer P`S@n/}
{ w\Mnu}<e$
private void PlayMp3() */z??fI27
{ "7,FXTaer
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); MV0Lq:# N
} Zp&@h-%YoD
m}3gZu]
private void PlayWav() Ow:1?Z{4
{ =Q<L
eh=G
MessageBox.Show("Play the wav file."); ['q&@_d7
} FY'ty@|_s
P:C2G(V1AR
public void Play(string audioType) +/rH(Ni
{ x[Im%k
switch (audioType.ToLower()) D\1k.tI
{ -F\qnsZ2
case ("mp3"): @F~LW6K
PlayMp3(); jjzA .8?(7
break; 9zBMlc$X
case ("wav"): p`F9Amb
PlayWav(); T6#CK
break; ~rD={&0
} f )Z%pgB
} +GF#?X0^
} VZy4_v=
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 -|S]oJy
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 '?QuJFki
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 1L nyWZ
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 _[K"gu
二、面向对象设计思想 =1p8i
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! (`BSVxJH
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 0aI;\D*Ts
public class MP3 )$Mmn
{ @n&<B`/
public void Play() L';MP^
{ 2@=IT0[E\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X2|Y
} 1oLv.L
} l_rn++
errH>D~
public class WAV E
Y<8B3y
{ p d[ncL
public void Play() zSEs?
{ ;%C'FV e]
MessageBox.Show("Play the wav file."); )E#2J$TD
} ;Q;[*B=kE
} {c?JuV4q?
#H?t!DU
Public class MediaPlayer Yap?^&GV
{ b2,mCfLsv
switch (audioType.ToLower()) + @9.$6N
{ 2&PPz}Sw
case ("mp3"): uMb>xxf
MP3 m = new MP3(); IP`6bMd
m.Play(); oX@ya3!Pz
break; J7D}%
case ("wav"): &3F}6W6A
WAV w = new WAV(); u]-_<YZ'B
w.Play(); w%AcG~`j!B
break; :2
>hoAJJ
} =<r8fXWZ
} le +R16Z
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。 RO;Bl:x4
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) {rfF'@[
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。 3f" %G\
public class AudioMedia u]
:m"LM
{ n+@F`]Ke
public void Play() G+xt5n.%
{ HoV^Y6
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); hz;|NW{u
} 1g##sSa6
} ;*ix~taL%
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)。 b*a2,MiM
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: )VL96 did
public abstract class AudioMedia =S '%`] f?
{ Xs&TJ8a
public abstract void Play(); S po?i.#
} k#8Ti"0
2!&&|Mh}
public class MP3:AudioMedia t?o,RN:
{ $aHAv/&(5
public override void Play() MMB@.W
{ |qZko[W}=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (b?{xf'G
} M8H5K
} 08X_}97#WF
<YA&Dr3OD
public class WAV:AudioMedia [E#UGJ@
{ G}
eUL|S
public override void Play() @
'@:sM_
{ ??TMSH
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6v,z@!b
} k = ?h~n0M
} qE'9QQ>:b
pg]BsJN
public class MediaPlayer rc+C?)S
{ l3N I$Zu
//根据需要完成任务的单向分派 %m:m}ziLQ
public void Play(AudioMedia media) *[=bR>
{ ikE<=:pe
media.Play(); \!]Ua.e<
} #:T-hRu
} ^(viM?*
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)。 \om%Q[F7a
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。 )%!XSsY.N|
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: 9qS"uj
public abstract class VideoMedia Ra*e5
{ qfcYE=
public abstract void Play(); jx Jv.
} .z13 =yv
099sN"kf
public class RM:VideoMedia qj cp65^
{ ]*7Y~dO
public override void Play() r>bJ%M}
{ FI"`DMb}
MessageBox.Show("Play the rm file."); nQ|r"|g
} wP,JjPUt
} zE;bBwy&
i-yy/y-N
public class MPEG:VideoMedia Scv#zuv_
{ T{wuj[Q#:
public override void Play() +a^F\8H
{ K'#E3={tt
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); a<]B B$~
} qY 4#V k
} QRLt9L
_G1gtu]
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Z,iHy3`
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: tpuYiL
wcDRH)AW.
public interface IMedia )E+'*e{cK
{ Q]p(u\*
void Play(); 2Pc%fuC
} MQin"\
E c s,$\
public abstract class AudioMedia:IMedia %4HRW;IU
{ [@4rjGwB
public abstract void Play(); %,ngRYxT#
} O9:U8$*
7t.!lh5G%
public abstract class VideoMedia:IMedia NY?;erX
{ h;3cd0
public abstract void Play(); i*CZV|t US
} r1fGJv1!o
QNDHOo>v
这样再更改MediaPlayer类的代码: D-N8<:cA
public class MediaPlayer h,"4SSL
{ " LJq%E
public void Play(IMedia media) ,!U=|c"k)
{ {/pm<k=
media.Play(); 0?>dCu\
} .CFa9"<
} ~Ch+5A;
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ;qBu4'C)T
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 qoAj]
")
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 ES40?o*]x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ur$l Z0
{ #h/Mbj~S
IMedia media = null; t'ZWc\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) H'HSD,>(
{ V%Sy"IG
case ("mp3"): @_z4tUP
media = new MP3(); Qqlup
break; *&f$K1p
//其它类型略; v%ioj0,
case ("rm"): vv=VRhwF
media = new RM(); +o9":dl
break; &d|r~NhP
//其它类型略; ]7e =fM9V;
} /B}lO0]:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); MR}Agu#LG
player.Play(media); JY6
Qp
} cH>%r^G\
h9eMcCU
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 KIWe@e
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 0tU.(
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 yiO.z
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~s5SZK*
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: |DsnNk0c
public interface IMediaFactory <n#DT
{ {D=@n4JO
IMedia CreateMedia(); 4t)/
} /i77
e;(0(rI
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: /E\%>wv
public class MP3Factory:IMediaFactory !50[z:
{ S9#)A->
public IMedia CreateMedia() )6aAB|
{ s~Te
return new MP3(); MNV%
=G
} 0L/n ?bf
} mWvl38
//其它工厂略; /gG"v5]
Er{>p|n=
public class RMFactory:IMediaFactory Ywwu0.H<
{ 0vw4?>Jf@
public IMedia CreateMedia() yNbjoFM.i
{ ^-
d%r
return new RM(); 9B9(8PVG
} tdu$pC6
} -jiG7OL
//其它工厂略; _FWBUZ;N
RVQh2'w
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。 =z
/dcC$r
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: % S os
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) aYSCw3C<
{ 7K98#;a)5
IMediaFactory factory = null; ~W-PD
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~5oPpTAe
{ MpR2]k#n<
//音频媒体 uu>Pkfo
case ("mp3"): nX`u[ks
factory = new MP3Factory(); 53n^3M,qK
break; #e$5d>j(
//视频媒体 m* kl
case ("rm"): &eX!#nQ_.
factory = new RMFactory(); Sxh]R+Xb
break; 71t*%
//其他类型略; ~o~!+`@q
} V:
TM]
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?BZ PwGMs
player.Play(factory.CreateMedia()); ?m\t|/0Q
} }WH&iES@P
JAem0jPC8
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。 B e0ND2oo
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()RU"WY
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !'9Feoez
{ b?lD(fa&
IMediaFactory factory = null; y1+*6|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) oV|4V:G q
{ LAS'u"c|
case ("mp3"): _v> }_S
factory = new MP3Factory(); fy@<&U5rg
break; LoN< oj5
//其他类型略; i\rDu^VQ
case ("rm"): 2Tp1n8FV
factory = new RMFactory(); U"^kH|
break; jYmR
//其他类型略; GkTiDm?
} g'n7T|h
~
IMedia media = factory.CreateMedia(); zv\kPfGDK
media.Play(); ic#`N0s?
} TU,s*D&e
<(fRn`)PT
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。 B][U4WJ)
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。 E%,^Yvh/
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。 ':3pq2{
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: Vy Xhl;
DN-+osPi
<appSettings> pS'FI@.'{
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> YA_c
N5p/@
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> g+Sbl
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> RL@VSHXc
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;RC{<wBTx
</appSettings> xy/`ZS2WPq
WrxP
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: :~tAUy":_*
private void InitMediaType() O7-mT8o
{ >_-s8t=|
cbbMediaType.Items.Clear(); BW}U%B^.
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) @ hiCI.?X
{ 8hOk{xs8
cbbMediaType.Item.Add(key); 6;\I))"[
} c1k/UcEcg~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; fzb29 -
} m.#
VYN`+A
H8Bs<2
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: N `5,\TR2f
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]6(N@RC
{ k;AD`7(=
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;g5m0l5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); {JZZZY!n2
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; fk6%XO
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, XHK<AO^
factoryDllName).Unwrap(); V@e?#iz
IMedia media = factory.CreateMedia(); e6R}0w~G
media.Play(); %Gz0^[+
} LtWP0@JA
([\
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。 #%iDT6
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: );
!eow
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :DrWq{4
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!