面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ,S(_YS^m
DvEII'-h
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。 Wm8BhO
一、传统过程化设计思想 3sBWtz
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: ^?%ThPo_
public class MediaPlayer <\:*cET3
{ \^F6)COy
private void PlayMp3() 0jpyc
{ ]Gl_L7u`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^R\5'9K!
} e /XOmv
Kc9)Lzu+
private void PlayWav() o\j<EQb.
{ *=z.H
*
MessageBox.Show("Play the wav file."); |q o3
E
} hQSJt[8My
5}NO~Xd<
public void Play(string audioType) Cyv_(Oh?dv
{ 'iYaA-9j
switch (audioType.ToLower()) uJ*|SSN~
{ +&AU&2As
case ("mp3"): u@wQ )^
PlayMp3(); bv[*jr;45
break; ,v| vgt
case ("wav"): [-[|4|CnOm
PlayWav(); fv3)#>Dgp>
break; /7*qa G
} 8HO)",+I
} zJ0'KHF}o
} 8/34{2048
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。 nDC5/xB
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。 qmnCa&C9
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! RDG,f/L2
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。 I@a7!ugU65
二、面向对象设计思想 XeBSHvO_
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! ;`bJgSCfo
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: MD:kfPQ
public class MP3 G[yN*C
{ Dc>)j s|"
public void Play() r52,f%nlm
{
uP ?gGo
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [/t/694
} !as<UH"\
} gk6j5 $Y"<
,v1-y
?kB
public class WAV y+iuA@WCv
{ 13{"sY:PT#
public void Play() c9E9Rx
{ Ip0@Q}^
MessageBox.Show("Play the wav file."); p|%Y\!
} ]i]sgg[
} ' *p-`
J>Rt2K
Public class MediaPlayer 8CSvg{B
{ !c`Q?aGV)
switch (audioType.ToLower()) 0\}j[-`pF
{ PuABS>.;
case ("mp3"): ~KfjT
p#
MP3 m = new MP3(); -+I! (?
m.Play(); <F.Ol/'h
break; 7#|NQ=yd
case ("wav"): Sdt2D
WAV w = new WAV(); &FvNz
w.Play(); lB\j>.c
break; ?y45#Tk]
} LveqG
} !%M-w0vC9
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 :U[_V4?7
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) E 0pF; P5
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 C X'E+
public class AudioMedia s9GPDfZ
{ TAC\2*bWje
public void Play() LP)mp cQ
{ ptq{$Y{_
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); u]MF
r2
} G7/LY TT)
} Z/RUrYeb
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)。 Tx_(^K
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: K
:q-[\G
public abstract class AudioMedia u#UeJuO
{ et ~gO!1:*
public abstract void Play(); ta 6WZu
} ;qk~>
FW.dHvNX
public class MP3:AudioMedia Q#r 0DWo\
{ /eMZTh*1P
public override void Play() qiF~I0_0
{ t@ JPnA7~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); H62*8y8
} ft6^s(t
} A0X0t
O}D8
public class WAV:AudioMedia CijS=-
{ \+~4t
public override void Play() Po4cbFZ
{ |8`;55G
MessageBox.Show("Play the wav file."); TgB;R5
} PrKlwhi#
} /#se>4]
/[IQ:':^
public class MediaPlayer l{a&Zy)
{ ?-84_i
//根据需要完成任务的单向分派 XP^6*}H.*
public void Play(AudioMedia media) 7~Ga>BK
{ yl ;'Ru:
media.Play(); ,"VQ0Z1
} q
|^O
} 0amz#VIB<u
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)。 @YB\PVhW
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。 +e:ZN
tr9
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: 2!3&Ub#FO
public abstract class VideoMedia Wkk Nyg,
{ 1;gSf.naG
public abstract void Play(); 2!otVz!Mh
} ">QY'r
bgK(l d`
public class RM:VideoMedia rpT<cCem1
{ N]<gHGj}
public override void Play() XfrnM^oty
{ 9|WWA%p
MessageBox.Show("Play the rm file."); ` ;=Se_
} #"{8Z&Z
} piFQ7B
e,*[5xQ
public class MPEG:VideoMedia OA=;9AcZ
{ 19u?^w
public override void Play() Aii[=x8
{ .KsvRx
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); oCYD@S>h
} PK4UdT
} NGY I%:
qi2dTB
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%=Wo.
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: )\;r
V';
'X,V
public interface IMedia \veL 5
{ EG.C2]Fi
void Play(); Xt84 Evo
} 4"{wga~%/
.Cus t
public abstract class AudioMedia:IMedia \8D~,$,``|
{ ,R =VzP&
public abstract void Play(); ~\G3l,4
} m^.C(}
]c2| m}I{:
public abstract class VideoMedia:IMedia OJ 5 !+#>
{ y21uvp'
public abstract void Play(); 2AW{qwk7
} q_&IZ,{Vk
*~uuCLv_
这样再更改MediaPlayer类的代码: { bn#:75r
public class MediaPlayer !?*!"S-Sl
{ Y%l3SB,5L
public void Play(IMedia media) [ d7]&i}*|
{ vB*oI~<
media.Play(); 8!6*|!,:?n
} hob$eWgr
} n5/Tn7hY
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?|GxVOl
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。 Dg+d=I?
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。 V^+:U>$w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'e64%t
{ ~(/HgFLLu
IMedia media = null; Ds_
"m,
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) tlgvBRH>
{ "'B%.a#k
case ("mp3"): Sg>0P*K@
media = new MP3(); !y~b;>887
break; E0]h|/A]
//其它类型略; -$t,}3
case ("rm"): 1<`7MN
media = new RM(); 4"x;XVNM[
break; 1T,PC?vr{
//其它类型略; Wb)l8[=
} wP0+Xv,
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ~9{;VKgK
player.Play(media); A i){,nh`0
} yKEFne8^
DF|s,J`98
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 !gfhEzY
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。 vcO`j<`
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。 UH-uU~
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\B9o `Y
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: rE `}?d
public interface IMediaFactory 0DVZRB
{ R 0HVLQI
IMedia CreateMedia(); hUvuq,LH_
} yUmsE-W
Wo+CQH6(
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: g^ $11
public class MP3Factory:IMediaFactory 8{SU?MHQLE
{ EQ63VF
public IMedia CreateMedia() zZ"U9!T
{ t{8v(}
return new MP3(); 6y,P4O*q
} ~gWd63%8x
} O& %"F8B
//其它工厂略; "E)++\JL
F:o#
public class RMFactory:IMediaFactory W({TC
{ A9l})_~i
public IMedia CreateMedia() ~K-*q{6Q
{ 1m<?Q&|m$
return new RM(); $W {yK+N
} +iH30v
} ]ZKt1@4AY
//其它工厂略; hQ}7Z&O
b?]ly(
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 tdnXPxn[
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: s|gD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) iQ|,&K0d]
{ ^/C$L8#
IMediaFactory factory = null; BnaU)E h
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) grCO-S|j^
{ |v$%V#Bo
//音频媒体 RHx+HBZ
case ("mp3"): C?60`^
factory = new MP3Factory(); ewAH'H]o
break; UGmuX:@y76
//视频媒体 tSb?]J
case ("rm"): <cDKGd
factory = new RMFactory(); O[(?.9
break; 50`iCD
//其他类型略; F8[B^alAe
} I>H;o{X#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?{"XrQw
player.Play(factory.CreateMedia()); %[Zqr;~l
} ^$=tcoQG
#5y9L
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。 uS,p|}Q&
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: fwi};)K
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z#4JA/c!
{ A \MfF
IMediaFactory factory = null; *U;4t/(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) h"u<E\g
{ dU ,)TKQ
case ("mp3"): JFG",09]
factory = new MP3Factory(); OB?S kR
break; 6.U"_%
//其他类型略; ~*7O(8
case ("rm"): =de<WoKnu2
factory = new RMFactory(); 8ji^d1G,
break; 8"km_[JE e
//其他类型略; (ve+,H6w\
} ='dLsh4P2N
IMedia media = factory.CreateMedia(); cW)Oi^q%o2
media.Play(); <$jKy 3@
} L289'Gzg
01LZE,.
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 G&x'=dJ
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 .vv5t
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ~@T+mHny
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: y$IaXr5L
(TEo_BW|+
<appSettings> LkJ$aW/
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> -6rf( ER
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ;".z[l *
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Qm.z@DwFM{
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> mi7sBA9L8
</appSettings> Mn]}s:v
p`>AnfG
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: V~OUE]]Q
private void InitMediaType() 6xQ"bFm
{ O6y @G
.+
cbbMediaType.Items.Clear(); [O^}rUqq
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) .aNO( /kO
{ f%2%T'Q
cbbMediaType.Item.Add(key); 89zuL18V
} Ur^YG4(
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; g-."sniP$g
} /@&(P#h
mR" uhm}q
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: I+0c8T(:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -NAmu97V}
{ XjX 2[*l
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); }dy9IH
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); c#=&!FRe
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 6|QTS|!
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, j7f5|^/x3
factoryDllName).Unwrap(); YVo ao#!
IMedia media = factory.CreateMedia(); GF&_~48GD
media.Play(); j*XjY[
} s4(Wp3>3i
g{e/X~
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。 'r~8
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: -:MmSeG7gO
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 +|6`E3j%
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!