面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) xHJkzI
u YT$$'S
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。 tS]
一、传统过程化设计思想 y5m2u8+
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: l&qCgw
public class MediaPlayer _"yA1D0d_
{ e}d(.H%l0
private void PlayMp3() L1/`/
{ Cg]),S
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Im/tU6ybV
}
uu,F5<y[
ZqVbNIY
private void PlayWav() 'OziP
{ d`B<\Y#{Us
MessageBox.Show("Play the wav file."); p T 8?z
} u%)gnj_
3+>n!8x ;A
public void Play(string audioType) d>8"-$
{ '"\M`G
switch (audioType.ToLower()) k<^M >` $
{ &EQhk9j
case ("mp3"): LtMM89u
PlayMp3(); }\7UU?@ n
break; ~!r;?38V`
case ("wav"): NSB6 2
PlayWav(); =ZIT!B?4
break; f=R+]XPzz
} gaY&2
} >dt*^}*
} Ms(xQ[#+
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。 gK[;"R)4o@
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。 tZ9i/ =S
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! $Xu3s~:S
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Ytlzn%
二、面向对象设计思想 3$k#bC
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! e;6KxvX~
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: SE]5cJ'>
public class MP3
4F~^RR"
{ EaO@I.[
public void Play() DdgiY9a.
{ 6&eXQl
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :V)jm`)#+
} cu0IFNF}[
} =79R;|5
P6 OnE18n
public class WAV JF 4A
{ -Qn7+?P
public void Play() ]19VEH
{ 2L^)k?9>g+
MessageBox.Show("Play the wav file."); @ivd|*?k0
} L9D`hefz
} d7X&3L%Oq
K}R+~<bIY
Public class MediaPlayer p%"dYH%]&0
{ G-Tmk7m
switch (audioType.ToLower()) Y$r78h=4
{ Mn.,?IF`K
case ("mp3"): J/?Nf2L4
MP3 m = new MP3(); // o.+?S
m.Play(); LSJ?;Zg(=z
break; d]l8ei@>h
case ("wav"): e{P v:jl
WAV w = new WAV(); WKEb
'^
w.Play(); dq[h:kYm
break; FLqN3D=yQ
} f
V. c6
} }9'`3vsJ
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。 L8QWEFB|
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) .gRj^pu
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 )r-,M
public class AudioMedia A IP~A]T
{ az(<<2=
public void Play() BPba3G9H
{ Cl}nPUoL
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Nz,yd%ua
} 9B: 3Ha=
} DZ8|20b
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)。 i<m(neX[H
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:
Pd*[i7zhC
public abstract class AudioMedia I0)`tQ+
{ w
)R5P[b
public abstract void Play(); >1~
/:DJ
} _/s"VYFZ
^/2I)y]W0
public class MP3:AudioMedia /8cRPB.
{ 0M_oFx
public override void Play() x<NPp&GE
{ BX@Iq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .V?:&_}_I6
} W(s4R,j
} |^pev2g
Eah6"j!B8n
public class WAV:AudioMedia OU[<\d
{ *U?O4E9
public override void Play() NB"S,\M0
{ HGDrH
MessageBox.Show("Play the wav file."); l90mM'[
} 200yN+ ec
} ~U9K<_U
uepyH
public class MediaPlayer +&Ld`d!n
{ |\5^ub,m
//根据需要完成任务的单向分派 0lfK}
a
public void Play(AudioMedia media) >H2`4]4]
{ !'7fOP-J]
media.Play(); #%0V`BS7n
} ~C.*Vc?|
} l4Xz r:]
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)。 rl*O-S/
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。 Ifj&S'():
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: O !L`0
=%c
public abstract class VideoMedia VM"cpC_8
{ tli.g
public abstract void Play(); )ZJvx%@i
} <j'V}|3
p\6cpf
public class RM:VideoMedia a V3:{oL
{ vJkc/7
public override void Play() N%y i4
{ XpQ Ol
MessageBox.Show("Play the rm file."); S&op|Z)1
} U=on}W3V2
} }I"C4'(a
I5$P9UE+^9
public class MPEG:VideoMedia dhl[=Y`
Q
{ g*|j+<:7
public override void Play() %\As
{ \{,TpK.
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); yzA05 npTl
} m7 =$*1k
} (L_-!=e
!d*[QD8
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 IP~!E_e}\
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ^4y]7p
;SR ESW
public interface IMedia US6_5>/
{ !Brtao"m
void Play(); yC,/R371k
} WeI+|V$
|D3u"Y!:^
public abstract class AudioMedia:IMedia N0U/u'J!g
{ weitDr6
public abstract void Play(); wucdXj{%
} VSj!Gm0LB
~xH&"1
public abstract class VideoMedia:IMedia +Q*`kg'
{ !,WGd|oJ
public abstract void Play(); TBhM^\z
} "q4tvcK.
B{-7
这样再更改MediaPlayer类的代码: TQ
Vk;&A
public class MediaPlayer R;& >PFmq
{ ?HZp@&
public void Play(IMedia media) .=_p6_G
{ eE;tiX/
media.Play(); -wlj;U
} ~,'{\jDrS
} SGd]o"VF
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ZSMed(//b
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。 ]-PzN'5\'
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。 I0=_=aZO(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q!K:N?
{ D-3[#~MV
IMedia media = null; *pl6 V|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LzygupxY!
{ r;cDYg
case ("mp3"): WKf<%
E$
media = new MP3(); k#*-<1
break; gU9{~-9}
//其它类型略; X@nBj;
case ("rm"): mgxIxusR
media = new RM(); h\m35'v!
break; gjF5~
`
//其它类型略;
idmU.`
} QbU5FPiN
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); B(
[x8A]
player.Play(media); yTaMlT|
} -H1=N
E' 5*w6
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 f49kf**
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。 O9gq <d
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。 ;rh.6D 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。 A 'qe2]
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: ^-;S&=
public interface IMediaFactory E(qYCafC
{ WSThhI
IMedia CreateMedia(); +,Dc0VC?
} x_PO;
q:{#kv8
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: St=nf\P&F
public class MP3Factory:IMediaFactory ;%|im?
{ e r"
w{
public IMedia CreateMedia() +qxPUfN
{ (5a73%>@
return new MP3(); MsB>3
} 7GA8sK
} Wj{lb_Rj
//其它工厂略; vr!J3H f
91
jRIB
public class RMFactory:IMediaFactory Y~ ~Dg?e
{ 9#LMK 1ge
public IMedia CreateMedia() ,OZ
{ .^YxhUH,G
return new RM(); p_r` "
} 337.' |ZE
} ROO*/OOd
//其它工厂略; _sjS'*]
|%_C$s%
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 {+N<
9(O
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Z:b?^u4.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) EZtU6kW"
{ n
`j._G
IMediaFactory factory = null; ~{x1/eH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Z[vx0[av&
{ ` Xc7b
//音频媒体 %lKw+D
case ("mp3"): %zavSm"
factory = new MP3Factory(); <H[w0Z$
break; \u=d`}E
//视频媒体 `At.$3B
case ("rm"): 2Gyq40
factory = new RMFactory(); vz^ ] g
break; R!VfTAv
//其他类型略; v|?@k^Ms
} 'Kelq$dn#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); HKN|pO3v
player.Play(factory.CreateMedia()); %V_ XY+o
} jKS j );
, c.^"5
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。 Bz+oMN#XJ
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: u#05`i:Z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) z%&FLdXgW+
{ o$_0Qs$
IMediaFactory factory = null; GT>'|~e
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <J%qzt}
{ l9p
6I
case ("mp3"): o<g?*"TRh
factory = new MP3Factory(); /%$Zm^8c
break; 6]4~]!
//其他类型略; +cpb!YEAb
case ("rm"): tldT(E6
factory = new RMFactory(); [i.@q}c~E
break; vrn4yHoZ
//其他类型略; }_Bo:*9B-o
} lH fZw})d
IMedia media = factory.CreateMedia(); "+DA)K
media.Play(); /4{WT?j
} .EYL
SX3'|'-
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 /E>;O47a
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 f5}afPk
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Gz`Jzh
j
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件:
D2e-b
yoE-a
<appSettings> |$.?(FZYu
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> z:'m50'
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> +h)"m/mE
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> LpHGt]|D
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> L
K&c~
Uy
</appSettings> XY0kd&N8
3
98)\3o
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: ;W0J
private void InitMediaType() 0 '&C5v'
{ v gW(l2,@
cbbMediaType.Items.Clear(); !~^2Mu(X
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) g |)>65v
{ N2h5@*1Y
cbbMediaType.Item.Add(key); "|\hTRQ
} 4^(x)r
&(?
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; e9acI>^w
} a )O"PA}2
as07~Xvp-
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: (lsG4&\0F
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `&;#A*C0
{ vuQA-w7
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); hB?#b`i^
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ;NP-tA)
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; &-/J~b)"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, v]JET9hY
factoryDllName).Unwrap(); ~B<\#oO
IMedia media = factory.CreateMedia(); BKFO^
media.Play(); #v
c+;`X
} T*p7[}#
$.,PteYK
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 j;$f[@0o
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: ,~L*N*ML
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ``xm##K
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!