面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Lvd es.0|
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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。 U[EZ,7n8
一、传统过程化设计思想 oH='\M%+
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: giYlLJA*}
public class MediaPlayer VjLv{f<p
{ Mj6
0?k
private void PlayMp3() H):(8/>(
{ `n?Rxhkwp
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *$Z,kZ^^
} Xti.yQx\
~JQ6V?fucD
private void PlayWav() $uUR@l
{ 8+@j %l j
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?[<#>,W
} Ef$a&*)PH
,GF]+nI89
public void Play(string audioType) U#Wg"W{
{ 74r$)\q
switch (audioType.ToLower()) 4;*jE (
{ `gAW5 i-z5
case ("mp3"): T5Iz{Ha
PlayMp3(); t0_4jVt
break; sBk|KG
case ("wav"): 3Fw7q"
PlayWav(); *#9?9SYSk
break; #y-R*4G
} 0^vz /y1c
} +rJDDIb
} zY9CoadZ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 2m^qXE$
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。 iNr&;
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! 6UI6E)g
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。 n^|SN9_r
二、面向对象设计思想 ]nNn"_qh
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! q P0UcG
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: I?RUVs
public class MP3 {53|X=D64
{ vnWt8?)]^
public void Play() =QK ucLo
{ 0t[ 1#!=k
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); R"j<C13;%
} 0avtfQ +f
} *zQhTYY
#jJ0Mxg
public class WAV Oy b0t|do+
{ 7K ~)7U
public void Play() w
_4O;
{ +p[O|[z
MessageBox.Show("Play the wav file."); -<L5;
} AZf69z
} 2}XxRJ0
lL'Bop@
Public class MediaPlayer Y9I|s{~
{ EeHghq
switch (audioType.ToLower()) H_,4N_hL
{ =d+`xN*
case ("mp3"): 3xN_z?Rg
MP3 m = new MP3(); R13V}yL
m.Play(); TqSjL{l%
break; k{O bm
g
case ("wav"): l[i1,4
WAV w = new WAV(); b6xz\zCL
w.Play(); ]TJ258P}
break; YeVo=hYH@
} ~!M"
}
AQ0zsy
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。 q6b&b^r+H
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ZuZCIqN
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。 byTHSRt
public class AudioMedia P,b&F
{ `4?|yp.|L
public void Play() <2fy(9y
{ 8)2M%R\THn
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); :Gzp
(@<@e
} 0fLd7*1>
} 9Fw NX
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)。 6y "]2UgQk
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:
3bJ|L3G
public abstract class AudioMedia 6$kh5$[
{ 2G<XA
public abstract void Play(); =GW[UnO
} wCV~9JTJ!
x6$3KDQm
public class MP3:AudioMedia |WpJen*?Y
{ 2kk; z0f
public override void Play() |qwx3 hQ?
{ FUZuS!sJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4)>S3Yr
} KfYT
} \KS.A
4
P!IXcPKW53
public class WAV:AudioMedia ; xQhq*
{ K r<UPr
public override void Play() K`60[bdp
{ AX'-}5T=
MessageBox.Show("Play the wav file."); y&eU\>M
} G'';VoW=
} Pp_? z0M
_ysakn
public class MediaPlayer c.5u \I9"
{ 0LSJQ9\p
//根据需要完成任务的单向分派 f! )yE`4-
public void Play(AudioMedia media) *cCj*Zr]
{ VR%*8=
media.Play(); ]0SqLe
}
=zDvZ(5
} NB86+2stu
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。
QAMcI:5
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ^<uQ9p^B
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: o*"Q{Xh#Qd
public abstract class VideoMedia QC&,C}t,
{ fZLAZMrM
public abstract void Play(); 8rFP*K9
} rz2,42H]
3`RI[%AN~
public class RM:VideoMedia +x/vZXtOK
{ wehiX7y
public override void Play() #JY>
{ %$Xt1ub6(
MessageBox.Show("Play the rm file."); A/fM30
} R9D2cu,{
} \:'6_K
84i0h$ZZo
public class MPEG:VideoMedia Y=O-^fL
{ T&bB8tQk
public override void Play() +
Okw+v
{ AAKc8{
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); }<w9Jfr"X
} Nez '1
} ,^<39ng
IG2z3(j
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 v6E5#pse8
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ZP&iy$<L
fA[T5<66
public interface IMedia II[-6\d!
{ C@-cLk
void Play(); Y%@;\
} r>PKl'IbE
~Ga{=OM??
public abstract class AudioMedia:IMedia L'"c;FF02i
{ d>c`hQ(V
public abstract void Play(); mv`b3 $
} _F^NX%
qg<Y^y
public abstract class VideoMedia:IMedia A{T>Aac
{ p6)6Gcx
public abstract void Play(); 0AoWw-H6V
} wAzaxeV=
h uR ^l
这样再更改MediaPlayer类的代码: qLKL*m
public class MediaPlayer hewc5vrL
{ F&3 :]1
public void Play(IMedia media) ~XvMiWuo
{ 0 N0< 4b
media.Play(); :b_hF
}
J9y}rGO
} jYBiC DD
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ;vWJOvM2
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。 -yu$Mm
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 w_LkS/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )|5mW
{ n* .<L
IMedia media = null; m")p]B&i=
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &g0r#K
{ /len8FRf
case ("mp3"): %rEP.T\i
media = new MP3(); nvc(<Ovw
break; ou]jm=4[
//其它类型略; t+^__~IX
case ("rm"): ORXH<;^0y
media = new RM(); C8}=fa3u
break; }/IP\1bG
//其它类型略; 1Vz3N/AP%?
} sqRvnCD!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ^?A>)?Sq
player.Play(media); hQvI}
} [<Mls@?
M~Er6Zg
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 c{x:'@%/s'
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 GW7+#
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 qzSm]l?z
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 0j}@lOt(
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: (&_^1
public interface IMediaFactory B&EUvY '
{ R[m+s=+
IMedia CreateMedia(); d*@K5?O.
} ^$rqyWZYp
&k`lbkq
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: 'I>geW?{QK
public class MP3Factory:IMediaFactory L/5th}m
{ R(f%*S4
public IMedia CreateMedia() ,WAJ&
'^
{ lt\Bm<"z!1
return new MP3(); kp6 &e
} 3 [O+wVv
} "od2i\
//其它工厂略; OhM_{]*
'
wp _U/
public class RMFactory:IMediaFactory e YiqT Wn:
{ SI=7$8T5=5
public IMedia CreateMedia() YjPj#57+
{ dMI G2log
return new RM(); n9Vr*RKM)
} X3~@U7DU
} Su+[Q6oC@
//其它工厂略; A3J=,aRI_v
w5t|C>
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 UH((d*HX4
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: /#?!9c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B& 5Md.h
{ D23 c/8K
IMediaFactory factory = null; I:;umyRH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *- E'$
{ 3A.lS+P1
//音频媒体 ;RMevVw|
case ("mp3"): Sj viH
factory = new MP3Factory(); p]7IoO
-@
break; ,=: -&~?
//视频媒体 RQ 8;_)%
case ("rm"): K :>O X
factory = new RMFactory(); EQ>@K-R
break; BP1<:T'.q`
//其他类型略; h1$75E?,
} oA;ZDO06r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); u7},+E)+B
player.Play(factory.CreateMedia()); hzA+,
} $KS!vS7
v]}\Ns/
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 }-T,cA_H|
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: p@oz[017/J
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) O.jCDAP
{ !&5*H06
IMediaFactory factory = null; ~"8r=8|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .X:,]of
{ !x") uYf
case ("mp3"): *n6L3"cO
factory = new MP3Factory(); y~Mu~/s
break; msQ?V&+<
//其他类型略; d-z[=1m
case ("rm"): s(r4m/
factory = new RMFactory(); DHZ`y[&}|N
break; Y+5aT(6O
//其他类型略; ClNuO
} @gw8r[
IMedia media = factory.CreateMedia(); ^z51f>C
media.Play(); NCgKWyRR
} wVX2.D'n<
*U`R<mV\
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 !lBK!'0
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Kq(JHB+
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 [2!C^\t
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: *Rxn3tR7
#aiI]'
<appSettings> AJ)&+H
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> g{f7} gTG
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> \s!x;nw[
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> T1'\!6_5
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,sT5TS
q
</appSettings> +,TrJg
_(I)C`8m
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: nj1PR`AE
private void InitMediaType() <~S]jtL.j:
{ @Gy.p5J8
cbbMediaType.Items.Clear(); N|3#pHm@
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ?Cx=!k.
{ YOUB%N9+
cbbMediaType.Item.Add(key); ce; zn\
} T6."j_
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
:6/$/`I0W
} /y6I I$AvM
$VhY"<
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: /_YTOSZjm
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 12;YxW>[
{ ~Yc!~Rz
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); O%haaL\
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ;>S|?M4GZ
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 4YR{
*
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, \jmZt*c
factoryDllName).Unwrap(); oB~V~c}8x
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9hh~u
-8L
media.Play(); <lLJf8OK
} '+3C2!
UtQCTNjC{
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。 )dh`aQ%N "
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: drk BW}_
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 %wI)uJ2
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!