面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) -DU[dU*~
Rz*%(2Vz
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。 T9N /;3
一、传统过程化设计思想 #{i\t E
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: Tw-gM-m;
public class MediaPlayer PlTY^N6Hn
{ OW1[Y-o[
private void PlayMp3() el- %#0
{ XZIj' a0d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +r4^oT[-
} GZ*cV3Y`&
Q6"r^wWx
private void PlayWav() I9k o*f
{ b[$l{RQ[?
MessageBox.Show("Play the wav file."); bBC3% H^
} 3ef]3
8;Yx a8i e
public void Play(string audioType) pPeS4$Y
{ 4}fG{Bk
switch (audioType.ToLower()) o D:?fs]
{ \BUr2]
case ("mp3"): L[Tr"BW
PlayMp3(); ?w /tq!
break; SP5/K3t-*
case ("wav"): U1J?o#(
PlayWav(); u@[D*c1!H
break; vKol@7%N
} v7xc01x
} V\X.AGc
} vYrqZie<
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。 >g8Tl`P,iN
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。 1r|'n aiZ
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! n\wO[l)
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。 to]1QjW-
二、面向对象设计思想 GC#3{71
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!
PgxD?Oi8
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: 5?%(j!p5
public class MP3 }(20MW8rMc
{ j`='SzVloW
public void Play() WPCaxA+l
{ ZU7,=B=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /&cb`^"U^
} rFdq \BSi
} <gQw4
'SvYZ0ot
public class WAV b2r@vZ]D
{ [bH6>{3u
public void Play() e ST8>r
{ D~U4K-
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0bS\VUB(
} %j{gZTz-
} Rco#?'
W?5^cEF
Public class MediaPlayer qZG "{8
{ Abd&p N
switch (audioType.ToLower()) [|Jzs[
{ $IUT5Gia`
case ("mp3"): yzgDdAM
MP3 m = new MP3(); kd9hz-*
m.Play(); d7N}-nsB
break; b P4R
case ("wav"): _;L9&>!p6
WAV w = new WAV(); i|)<#Ywl
w.Play(); 1^b-J0
break; ~X*)gS-=
} mp+
%@n.;
} ja#E}`wC4
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 W;eHDQ|
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) W`C2zbC
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 '
DCrSa>
public class AudioMedia m9a(f >C
{ Ca0~K42~
public void Play() Qt+ K,LY
{ -|"mB"Dc
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); w8%<O^wN,
} 1|q$Wn:*
} -c~nmPEG6
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)。 {: T'2+OH>
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: gH(,>}{^K
public abstract class AudioMedia @K3<K(
{ HYZ94[Ti
public abstract void Play();
(/-2bO
} B9&"/tT
9~SfZ,(
public class MP3:AudioMedia ~(~fuDT~O
{ =*~]lz__M
public override void Play() @M?;~M?B]J
{ Q]uxZ;}aF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `h+ sSIko
} &CV%+
} wm%9>mA%
nX7{09
public class WAV:AudioMedia H3H3UIIT_
{ W}50E.\#
public override void Play() FrIgu k1
{ \/xWsbG\
MessageBox.Show("Play the wav file."); Pa'g=-
} Rs$k3
} *&Np;^~
4nN%5c~=
public class MediaPlayer 9r+]V=
{ PxhB=i!'$
//根据需要完成任务的单向分派 kXFgvIpg<
public void Play(AudioMedia media) 1
`hj]@.]
{ [nZ3}o
media.Play(); pd?3_yU
} U,_uy@fE=?
} ps\A\aggML
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)。 _?x*F?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。 b%IRIi&,
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: WZOi,
public abstract class VideoMedia
p-POg%|&<
{ LBh|4S$K
public abstract void Play(); mJ2>#j;5f
} k1e0kxn
C!6?.\U/:c
public class RM:VideoMedia P:eY>~m<;
{ hX#y7m
public override void Play() 66NJ&ac
{ s"7wG!yf
MessageBox.Show("Play the rm file."); w] i&N1i
} 56Z 1jN^U
} 0>}
FNRC
h:\WW;s[B
public class MPEG:VideoMedia dO
=fbmK
{ a/A$
MXZ_
public override void Play() .bE+dA6:v
{ ~Gx"gK0
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); b_ +dNoB
} 9*pH[vH
} 3J%(2}{y
;m`k#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。 uH!uSB2
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: JKN0:/t7Q
~xZFm
public interface IMedia vPz$jeA
{ "xe % IS
void Play(); l*V]54|ON3
} t}n:!v"|+O
D/[(}o(
public abstract class AudioMedia:IMedia Nj4=
{
xfZ.
public abstract void Play(); 9y "R,
} SIQ 7oxS4
q$6fb)2I]e
public abstract class VideoMedia:IMedia "Qj;pqR
{ r%QTUuRXC3
public abstract void Play(); 8@pY:AY
} 3 (Bd`=9
=|_:H$94
这样再更改MediaPlayer类的代码: -T3 z@k
public class MediaPlayer =aR'S\<
{ BV_rk^}Ur
public void Play(IMedia media) ~5g2~.&*
{ 0~
!).f
media.Play(); d~n|F|`:
} WsO'4~X9
} E:'TZ4Z
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 /qM:;:N%j
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。 N.R,[K
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。 ?"-%>y@w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ElLDSo@WvR
{ -]HPDN,OB
IMedia media = null; j:ze5F A+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) s~(!m. R
{ Hs,pY(l^
case ("mp3"): 6%?bl{pNn
media = new MP3(); 6^_:N1@
break; T:k-`t0":N
//其它类型略; /<ODP6Yy;
case ("rm"): GxjmHo
media = new RM(); BSU%.tmI
break; 8ExEhBX8
//其它类型略; )%H@.;cD_r
} k<xPg5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [HNWM/ff7+
player.Play(media); Xo^P=uf%
} 7:iTx;,v
_gDEIoBp
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 `P/7Mf
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。 |Rk9W
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。 Z{&dzc
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。 vw(X9xa
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: ,c }R*\
public interface IMediaFactory )*6]m1
{ aLa{zB
IMedia CreateMedia(); kC:GEY<N:Q
} O.OPIQ=?:w
]rk8Jsg
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: y*ux7KO
public class MP3Factory:IMediaFactory C(/{53G(
{ m+&)eQ:
public IMedia CreateMedia() ~\HGV+S!g}
{ $646"1S
return new MP3(); +Wgp~$o4
} 21k^MZ
} m][i-|@M
//其它工厂略; o!bIaeEaU
_4~'K?
public class RMFactory:IMediaFactory Js{X33^Ju
{ KYe@2 6
public IMedia CreateMedia() r5#8Vzr
{ /4K ^-
return new RM(); DNYJR]>
} hzv4+1Wd[
} uUy~$>V
//其它工厂略; ,dyCuH!B
%4
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 {|:ro!&
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: @ ={Hx$zL
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j_w"HiNBA
{ i6Zsn#Z7)
IMediaFactory factory = null; _d<xxF^q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O4Z_v%2M
{ FR5P;Yz%H
//音频媒体 qGezmkNFm
case ("mp3"): J*I G]2'H
factory = new MP3Factory(); s1"dd7&g'
break; `?M?WaP
//视频媒体 J%9)&aW
case ("rm"): yxz)32B?
factory = new RMFactory(); Wra$
break; Xu[(hT6
//其他类型略; L_ &`
} ^}VAH#c
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); jPu m2U_
player.Play(factory.CreateMedia()); J]m[0g7O_
} ],.1=iY
DAvF ND$=
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ()cqax4
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ?^f=7e8]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gjbSB6[
{ vZ0K1UTEXY
IMediaFactory factory = null; APR"%(xD#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hv4om+
{ 6$.I>8n
case ("mp3"): (-e*xM m
factory = new MP3Factory(); SAQ|1I#"/
break; F0i`HO{
//其他类型略; 1ha
8)L
case ("rm"): ZjB]pG+
factory = new RMFactory(); =eHoJq
break; =PQMd
//其他类型略; 8(jUCD
} \7\7i-Vo
IMedia media = factory.CreateMedia(); {D>@ZC
media.Play(); 4Y.o RB
} _{k-&I
bx XNv^
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。 45
\W%8
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。 'Edm /+
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。 W08rGY
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: wR(>'?
z\F#td{ r
<appSettings> $F#eD0|
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Lo{g0~?x*
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> iL48
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> /
%9DO
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> s%Y8;D,~+
</appSettings> WR<,[*Mv^
OZSM2 ~
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: c04;2gR
private void InitMediaType() G*y!
Q
{ 50E?K!
cbbMediaType.Items.Clear(); l>t0 H($
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) +m>)q4e
{ :4\=xGiY
cbbMediaType.Item.Add(key); exP:lO_0n
} B3';Tcs
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; aS
$ J `
} qRbU@o.3
4DTT/ER'qA
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: C{<dzooz
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) z&Kh$ $)[
{ y$Rh$eK
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); N"zg)MsX
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); EvJ<X,Bo
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 0e,U&B<W
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, J=`2{
'l
factoryDllName).Unwrap(); c|2+J:}p
IMedia media = factory.CreateMedia(); ^VOA69n>$
media.Play(); -TT{4\%s
} 1Z_2s2`p
&W*do
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。 q L-Ni
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: tmgZNg
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 &`LR{7m
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!