面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 0QJ
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Vx'82CIC
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。 rdj_3Utv
一、传统过程化设计思想 c,@&Z#IZ`
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: |w; hu]
public class MediaPlayer {"kEu
{ Y=G9|7*lO
private void PlayMp3() .M(')$\U
{ >-S? rXO
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /wAx#[c[
} v9*ugu[K9
o,qq*}=
private void PlayWav() v@,n]"
{ H){}28dX
MessageBox.Show("Play the wav file."); #BPJRNXd
} eR1SPS1+
(U_`Q1Jo
public void Play(string audioType) vbA<=V*P
{ Kd='l~rby
switch (audioType.ToLower()) JRgrg
{ |)TI&T;k
case ("mp3"): ~,YxUn8@
PlayMp3(); f%,Vplb
break; %<dvdIB
case ("wav"): TEJn;D<1I,
PlayWav(); I1f4u6\*X
break; }xx"
} O$eNG$7
} DtEvt+h
} ]u5B]ZQnA
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 *s JT\J$D[
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。 gWk?g^KJL
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! 0Y>5&
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。 pseN!7+or
二、面向对象设计思想 bm>N~DC
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! {UeS_O>(
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: 7];AB;0"
public class MP3 8n&Gn%DvX
{ !l6Ez_'
public void Play() P^3`znq{
{ $Wy(Wtrx|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Fok%
} 1
b&<De
} SAVA6
64
k3PFCl~e
public class WAV EjA3hHJ
{ F>F2Yql&W
public void Play() nsA}A~(E
{ "1P[D'HV4|
MessageBox.Show("Play the wav file."); AONEUSxJ
} :
Iq
} A4~-{.w=
|l-~,eRvi5
Public class MediaPlayer 8(zE^W,[8"
{ J#'8]p3E
switch (audioType.ToLower()) }AW"2<@
{
Y+d+
case ("mp3"): OA7YWk<K
MP3 m = new MP3(); *SK`&V
m.Play(); wo+b":
break; 4j1$1C{
case ("wav"): #lfW0?Y'
WAV w = new WAV(); oBS m>V
w.Play(); p3,m),
break; [%c5MQ?H
} _|Uv7>}J^
} ?S<`*O
+
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。 XN^l*Q?3n
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) \Ota~A
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。 sRI0;
public class AudioMedia ^7Rc\
{ >d3`\(v-
public void Play() WR"?j9y_q
{ B"Ma<"HU
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); b!<\#[
A4
} drQI@sPp
} .fgVzDR|+
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)。 >~;=
j~
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: V8hmfV~=]P
public abstract class AudioMedia d iWi0@
{ OZR{+YrB^
public abstract void Play(); ( 5 BZZ
} L9$`zc
[xdi.6%
public class MP3:AudioMedia `N}aV Ns
{ PX- PVW
public override void Play() 8w$q4fg0
{ V7"^.W*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); F{G.dXZZ<
} zCdcwTe
} p:;`X!
_Rb>py
public class WAV:AudioMedia Xqy9D ZIn
{ LO;?#e7
public override void Play() Ya&\ b 6
{ z*)kK
MessageBox.Show("Play the wav file."); N(l
} eakQZ-Q
} r3NdE~OAi
"x0/i?pqa
public class MediaPlayer D0}r4eA
{ kQ`p\}7_
//根据需要完成任务的单向分派 :Vy*MPS5
public void Play(AudioMedia media) m%cwhH_B
{ FL{$9o\@
media.Play(); ?J@P0(M#
} 7Ucq(,\./
} &Nw[J5-"k
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)。 +O)Y7k{?C5
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。 ?="?)t[
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: ZY|$[>X!
public abstract class VideoMedia W)<t7q+
{ $-p9cyk
public abstract void Play(); feJl[3@tO
} jN AS'JV
9$L2a
public class RM:VideoMedia <Gna}ALkg
{ 4"pU\g
public override void Play()
20]p<
{ xErAs}|
MessageBox.Show("Play the rm file."); z?@N+||,.
} P]O=K
} '5(T0Ws/w
-wr_x<7
public class MPEG:VideoMedia Z7NR%u_|[
{ <1#hX(Q
public override void Play() Oye6IT"
{ =6
3tp 9
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); U4[GA4DZ
} DKF`
xuJP
} w*]FJ-b<.j
{rwT4]4
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。 ~RH)iI
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: $*:g~#bh
WXY-]ir.
public interface IMedia e$Mvl=NYp\
{ s!S_Bt):3
void Play(); h\2iArw8
} gT(8.<h8
!;4Hh)2
public abstract class AudioMedia:IMedia D"2bgw
{ w"37sv
public abstract void Play(); ((&5F!+\-
} CDPu(,^
+i#s |kKs\
public abstract class VideoMedia:IMedia G+2 ,x0(
{ hV+=hX<h
public abstract void Play(); M?AKJE j5
} JLt%G^W>
^X?uAX-RP|
这样再更改MediaPlayer类的代码: :5F(,Z_
public class MediaPlayer 0gGr/78
{ ;XQ27,K&
public void Play(IMedia media) w:/3%-
{ yzMGZi`ut
media.Play(); fwiP3*j+Nn
} UmArl)R/
} Cg|\UKfy$
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _ds;:*N+qA
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。 M~n./wyC
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。 G{{M'1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0":k[y
{ LJom+PxF$x
IMedia media = null; zkiwFEHA=
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >FKwFwT4D
{ 80`$F{xcX
case ("mp3"): $}'(%\7"
media = new MP3(); ~4|Tr z2T
break; MMUlA$*t
//其它类型略; l|{[vZpT
case ("rm"): B[q"oI`
media = new RM(); Sfa=AV7K
break; 1*|/N}g)
//其它类型略; C#4_`4{
} o@7U4#E
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); c%bzrYQvA;
player.Play(media); !{ {gL=_@
} i"=lxqWeaV
dWY{x47
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 zWv0y8[d
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。 yn"4qC#Z
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。 tj*/%G{Y
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。 O;5lF
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: ?;H}5>^8P
public interface IMediaFactory Pjn{3/*wi
{ Yg,;l-1
IMedia CreateMedia(); ,<'>jaC
} Br15S};Ce
oam;hmw
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: o(H.1ESk
public class MP3Factory:IMediaFactory 9e c},~(
{ =R~zD4{"
public IMedia CreateMedia() 0\vG
<
{ N'-[>w7vK2
return new MP3(); U$<"
.q
} 89;@#9
} (KwC,0p
//其它工厂略; aL`wz !
"<{|ni}
public class RMFactory:IMediaFactory KQvSeH>r
{ Z1:%AqxP
public IMedia CreateMedia() .Zj`_5C
{ {ya.
return new RM(); pkae91
} 6}?d%K
} p:K%-^
//其它工厂略; 9X%:
){
0?(uqjD:
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。 ><Zu+HX
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: q5L^>"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ."=%]l0
{ |q8N$m
IMediaFactory factory = null; aidQ,(PDj
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) "bDj00nwh
{ AFm9"mQrw
//音频媒体 Kvo&_:
case ("mp3"): >Q!}tbg~9
factory = new MP3Factory(); 1Y J?Y
break; @4D{lb"{
//视频媒体 ^ =n7E
case ("rm"): mJ=V<_
factory = new RMFactory(); \wk;Bo
break; =JgR c7
//其他类型略; R ZQH#+*t}
} zSQy
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j6Sg~nRh
player.Play(factory.CreateMedia()); M?UUT8,
} 'j<u0'K@
<n 06(9BF
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。 Btm_S\1
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: DKu$u ]Z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) z fv@<'
{ H@Ot77(*
IMediaFactory factory = null; ~/9RSdv7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) VOZxLyj^9
{ w5{l-Z
case ("mp3"): #IZh}*$
factory = new MP3Factory(); r A(A$VR
break; 0VSIyG_Z
//其他类型略; "n`z`{<n
case ("rm"): <<CWN(hQWO
factory = new RMFactory(); j&_>_*.y
break; yDKH;o
//其他类型略; 7/51_=%kR
} P1T{5u!T
IMedia media = factory.CreateMedia(); $x+7.%1m)~
media.Play(); NWvIwt{
} _<FUS'"
h=gtuaR4
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。 8K-P]]
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。 k]5tU\;Yw
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。 $b1>,d'oz
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: !ess.U&m'
f"P866@oWn
<appSettings> #jrlNg4(
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> $zp|()_
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> }Le]qoW['
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> cI@qt>&
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 2m:K
%Em6u
</appSettings> (0b\%;}
2#R$-*;#
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: a-Y6ghs
private void InitMediaType() un_NBv}
{ |
U"fhG=g
cbbMediaType.Items.Clear(); EI6kBRMo
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) su%-b\8K
{ Ih|4ISI
cbbMediaType.Item.Add(key); [)s4:V
} &RARK8^
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; xS tsw5d
} 6h)_{|
L )
T?m@`"L,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: qz]qG=wmL
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g"5Kth
{ P>iZgv
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); v0oVbHO5<
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 'QG`^@Z
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 5~?6]=hl
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $j\>T@
factoryDllName).Unwrap(); QrK%DN
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3kC|y[.&
media.Play(); x4c|/}\)*
} aYT!xdCI
pXO09L/nv
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。 /X.zt
`
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: Lk,q~
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 4tLdqs
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!