面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) [CH%(#>i~
uJ S+;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。 YW@Ad
一、传统过程化设计思想 q#v&&]N=
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: ~o:lh],~
public class MediaPlayer ojO<sT:by
{ P |c6V
private void PlayMp3() 6&% c
{ 'C6K\E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); dZ UB
} H<dOh5MFh
YaTJKgi"0
private void PlayWav() >6XGF(G
{ ?YY'-\h?
MessageBox.Show("Play the wav file."); *iB_$7n`
} ffGiNXCM
I;`)1
public void Play(string audioType) #vhxW=L`=
{ w{[OtGIi3
switch (audioType.ToLower()) pCSR^ua>
{ 7Rr(YoWa
case ("mp3"): C& 0iWY\a
PlayMp3(); /nEh,<Y)
break; wK@k}d
case ("wav"): zBWn*A[4
PlayWav(); ^ N]u
break; oDp!^G2A"
} clQN@1] M
} 7O{c>@\
} 1F'j. 1
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 9)p VDS
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 8W?/Sg`
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! bet?5Dk
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 }E$^!q{
二、面向对象设计思想 |+//pGx
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! X}`|"NIk.
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: 3O<:eS~
public class MP3 `[V]xP%V
{ +Io^U
public void Play() M{+Ie?ZI
{ 1btQ[a6j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); I%(`2rD8G
} QK-_~9V
} B 8z3W9
,u|vpN
public class WAV q4$zsw
{ sHO6y0P
public void Play() Le"$k su>
{ EBS04]5ul
MessageBox.Show("Play the wav file."); EzK,SN#
} RE`XyS0Q
} 0|8c2{9X,
}6}Gj8Nb
Public class MediaPlayer 0qSd#jO
{ AE1!u{
switch (audioType.ToLower()) y5>859"h
{ Z^9;sb,x
case ("mp3"): :(,uaX>{
MP3 m = new MP3(); 4w0 &f
m.Play(); vBCQ-l<Ub
break; `,~I*}T>5W
case ("wav"): Kx?3 ]
WAV w = new WAV(); qve2?,i8hM
w.Play(); y yfm
break; xn(lkQ6Fm
} w\KO1 Ob
} PgAC3%M6
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。 YC4S,fY`
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) tUl#sqN_{
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。 G8OLx+!0e
public class AudioMedia $O,$KAC
{ 2SEfEkk
public void Play() g@YJ#S (}
{ AQ 3n=Lr
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); zghUwW |K
} tG(?PmQ
} z
cN1i^
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)。 EY;C5P4
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: yWsV !Ub
public abstract class AudioMedia 1Qui.],c
{ PiXegh WH
public abstract void Play(); kL,bM.;
} x/47e8/
x2+%.$'
public class MP3:AudioMedia HMJx[ yD
{ M >Yx_)<U
public override void Play() :9q=o|T6D
{ )~;= 0O |X
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ua]shSjyI
} =@;uDu:Q
} ]N}80*Rl
g@hg u
public class WAV:AudioMedia Az[Yvu'<
{ !vHUe*1a{
public override void Play() Q+gd|^Vc9
{ fdGls`H
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]N!382
} *@|d7aiO
} IQxY]0\uf6
%M^X>S\%
public class MediaPlayer {tMpI\>S
{ Qy`{y?T2
//根据需要完成任务的单向分派 Am&/K\O
public void Play(AudioMedia media) Zp]{e6J
{
+{N LziO
media.Play(); PpX=~Of~
} :<f7;.
} #r M/
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 hu.c&Q>
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 p<
Emy%
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: v??}d
public abstract class VideoMedia 5hak'#2
{ -S\74hA
public abstract void Play(); Z?|\0GR+`5
} rr>*_67-:
Q9=vgOW+
public class RM:VideoMedia ),y{.n:wm
{ SDpaW6(_
public override void Play() W-zD1q~0?
{ _P.+[RS@
MessageBox.Show("Play the rm file."); p*E_Po
} ) D:M_T2
} S83wAr9T
;g$s`l/
4
public class MPEG:VideoMedia thcj_BZ8
{ YpMQY-n
public override void Play() &NiDv
{ Dz;^'
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); K*jV=lG
} '>-
C!\t
} 0<75G6wd
FglCqO}
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。 P3C|DO4
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: Rf2$k/lZ
<X~
X#9V
public interface IMedia S@;>lw,s!
{ #aUe7~
void Play(); *e{d^
} % FW__SN$c
rld4uy}m
public abstract class AudioMedia:IMedia ]@_M)[ x
{ A$vCm
public abstract void Play(); z%5i ^P
} "&Ym(P
:[P>e
ox
public abstract class VideoMedia:IMedia {` Bgxejf
{ N)G.^9
public abstract void Play(); tep_g4CQR_
} &>43l+
^;4nHH7z-,
这样再更改MediaPlayer类的代码: Ex^|[iV
public class MediaPlayer 6U)Lhf\'o
{ QWG?^T
fi
public void Play(IMedia media) i~:FlW]
{ WzYy<
media.Play(); ]etLobV
} v`#T)5gl-
} ]X/1u"
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (NrH)+)J!a
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 IBm&a^
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 :c%vl$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) //*>p
{ _D7MJT
IMedia media = null; ~jMdM~}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) wZN<Og+;
{ 2ijw g~_@
case ("mp3"): !/O c)Yk
media = new MP3(); 'zV/4iE=
break; j;@7V4'
//其它类型略; l<0BMw S8
case ("rm"): LQ
pUyqR
media = new RM(); z17
break; TZL)jfhj
//其它类型略; e!wBNcG2
} wjYwQ= y5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6?OH"!b2-}
player.Play(media); H)aeSF5
} 'V=w?G
5
2}:scag
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [I: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。 2^N
4(
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。 d[;=X .fZ2
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。 )TV4OT#
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: AU@K5jwDwQ
public interface IMediaFactory zn|~{9>y
{ 6'd=% V
IMedia CreateMedia(); R4=n">>Q
} i_T8Bfd:
$>zLa_cn|
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: =BO} hk
public class MP3Factory:IMediaFactory p|VoIQY
{ >i=^Mh-bm
public IMedia CreateMedia() oyV@BHJO@
{ $FUWB6M
return new MP3(); $$+6=r}
} c`I`@Bed
} <EKDP>,~
//其它工厂略; >!:uVS
+FiM?,G
public class RMFactory:IMediaFactory /N(L52mz
{ diN5*CF'~
public IMedia CreateMedia() )u~LzE]{_
{ Xao
0cb.R
return new RM(); :=x-b3U
} = BW>jD
} l(|@ dp
//其它工厂略; ':6!f
gHc0n0ZV
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。 '#d`K.;_b.
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: .r!:` 6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) WMfu5x7e4
{ /=co/}i
IMediaFactory factory = null; :{NvBxc[
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t.B%7e
{ HH/bBM!
//音频媒体 Ht#5;c2/
case ("mp3"): En%PIkxeR
factory = new MP3Factory(); ]h8[b9$<")
break; 7Z;bUMYtx
//视频媒体 F/;uN5{o
case ("rm"): xJ H]>#XJ
factory = new RMFactory(); ><9E^ k0.
break; Et{4*+A
//其他类型略; D h y
} 3gZ|^h6
+
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); |4NH}XVYJ>
player.Play(factory.CreateMedia()); d7Lna^
} O}\$E{-
8+m;zvDSU
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。 $rFLhp}
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: eglcf z%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) tpp. 9
{ =9@{U2 =l
IMediaFactory factory = null; !}fq%8"-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t>;u;XY!;
{ >-fOkOWXy
case ("mp3"): !_<zK:`-L
factory = new MP3Factory(); I g*68M<
break; 2:0'fNXop
//其他类型略; mEsOYIu{
case ("rm"): Nb/W+& y
factory = new RMFactory(); f,{O%*PUA
break; ``bIqY
//其他类型略; 9A0wiKp
} 'B&gr}@4O=
IMedia media = factory.CreateMedia(); gB1w,96J
media.Play(); H(bR@Qok
} ab4(?-'-
%:rct
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。 J
WaI[n}
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。 u2crL5^z2)
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。 sCG[gshq
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: 5*QNE!
w yi n
<appSettings> _(=[d
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> w_o|k&~,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> M_@%*y\o
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> --*Jv"/0
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> s"5f5Cn/Wh
</appSettings> Xk=bb267
]A)`I
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: kGbtZ} W
private void InitMediaType() d%tF~|#A%
{ K^0cL%dB
cbbMediaType.Items.Clear(); KICy!
"af
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) aq/'2U 7
{ tHgn-Dhzr
cbbMediaType.Item.Add(key); ge*(w{|x
} +RLHe]9&
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; \[</|]'[
} =ZdP0l+V=k
7!.#:+rg5#
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: xW92ZuzSH
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?2h)w=dO
{ D=*3Xd
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
/~`4a
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
[7d>c
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 26n+v(re
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, yhF{
cK=
factoryDllName).Unwrap(); yu8xTh$:
IMedia media = factory.CreateMedia(); $RA8U:Q!1e
media.Play(); Nm;(M=
} $kPC"!X\
;Y<Hi\2oy
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。 ^id9_RU
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: YCJc Dab
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {s^vAD<~x3
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!