面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) (TT}6j
Ab.(7GFK
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。 ;Q`lNFa
一、传统过程化设计思想 sK?twg;D*|
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: 7WzxA=*#
public class MediaPlayer 5]:U9ts#
{ +9sQZB# (
private void PlayMp3() dioGAai'
{ ~})e?q;b
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $VOFOc
} 8'y$M] e9n
8P\Zo8}v
private void PlayWav() wi{3/
{ QS;f\'1bb
MessageBox.Show("Play the wav file."); 5'u<iSmBo
} S)"Jf?
2&J)dtqz
public void Play(string audioType) YKK*ER0
{ Q\sK"~@3
switch (audioType.ToLower()) ]\HvK CN}
{ uHRsFlw
case ("mp3"): +k R4E23:
PlayMp3(); +D*Z_Yh6
break; 4Ftu
case ("wav"): QIFgQ0{
PlayWav(); SOaoo^,O
break; $M:*T.3
} #}5uno
} B^}yo65I
} <(#ej4ar,
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 v4 E}D
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 @oGcuE
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Bk{]g=DO
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 H3oFORh
二、面向对象设计思想 + Vdpy(
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! #~=RyH
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 86a\+Kz%%L
public class MP3 KwVbbC3
{ ;}p
public void Play() [{/jI\?v
{ ChQxa
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); <IW$m!{VG
} [dV L&k<P
} u9p$YJ
|k00Z+O(
public class WAV |;{6&S
{ >y+B
public void Play() tfWS)y7
{ :[d9tm
MessageBox.Show("Play the wav file."); u)Whr@m
} WTiD[u
} KqP#6^ _
:b!s2n!u
Public class MediaPlayer ZYNsHcTY
{ Rf% a'b
switch (audioType.ToLower()) a$fnh3j[
{ Vi|#@tC'
case ("mp3"): 3PF_H$`oJ
MP3 m = new MP3(); i"=\d
m.Play(); B`sAk
%
break; 62NsJ<#>
case ("wav"): ue>D7\8
WAV w = new WAV(); :rP=t ,
w.Play(); cidP|ie^
break; >8[Z.fX
} 8RHUeRX
} eszG0Wu
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 IAyp 2
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ]I6 J7A[
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 -tU'yKhn
public class AudioMedia lk =<A"^S
{ NX&_p!_V
public void Play() NCD04U5y
{ bhs
_9ivw
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); "uf%iJ:%
} [_:nHZb
} c1gQ cqF
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 O33`+UV"W
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: f,Ghb~y
public abstract class AudioMedia CU~PT.
{ -7|H}!DFT
public abstract void Play(); iJ|uvPCE
} .eC1qWZJpd
fd9k?,zM
public class MP3:AudioMedia bs1Rvx1:J%
{ q0\6F^;M
public override void Play() f<6lf7qzC
{ 'we>q@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); A_UjC`
} 4`=mu}Y2
} wS3'?PRX
{Hk}Kow
public class WAV:AudioMedia W(/h Vt
{ k|f4Cf,
public override void Play() JjS?
{ ^dxTm1Z
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?Ss!e$jf
} ^d73Ig:8q
} -35;j'a
r,2g^K)6
public class MediaPlayer S0W||#Pr
{ t.C5+^+%
//根据需要完成任务的单向分派 Ssg&QI
public void Play(AudioMedia media) =H]@n|$(
{ Mrb)
media.Play(); ku
M$UYTTX
} 1yY0dOoLG)
} @9|hMo
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)。 _PR4`C*
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。 6D_D' ;o
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: @`Su0W+.
public abstract class VideoMedia k$}fWR
{ Wh{tZ~c
public abstract void Play(); +[g,B1jt
} ""~ajy
Rbv;?'O$L
public class RM:VideoMedia eb$#A _m
{ Eu04e N
public override void Play() hehFEyx
{ jmW7)jT8:
MessageBox.Show("Play the rm file."); ?=pT7M
} 7"D.L-H
} |]*/R^1>2
l%i+cO D
public class MPEG:VideoMedia %D "I
{ Dv`c<+q(#
public override void Play() x]ot 2
{ ;i:d+!3XwC
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); y4fdq7i~}9
} Kx JqbLUC
} h@@=M
|$_sX9\`?|
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。 ]e@Oiq
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: $ L]lHji
R*r#E{!V;
public interface IMedia P7/X|M z
{ ,s;UfF
void Play(); k"w"hg&e
} 3=ymm^
}JAG7L&{
public abstract class AudioMedia:IMedia iAU@Yg`pt
{ Xla~Yg
public abstract void Play(); uu687|Pm
} 5/Uy{Xt
[!OxZ!
public abstract class VideoMedia:IMedia sD wqH.L
{ :9 ^*
^T
public abstract void Play(); Y:a]00&)#Y
} 6!FQzFCZq
pyvSwD5t
这样再更改MediaPlayer类的代码: czd~8WgOa
public class MediaPlayer D}/vLw :v
{ J-hbh
public void Play(IMedia media) Z?QC!bWb
{ ~e@z;]CiY
media.Play(); V "h
+L7T
} J/*`7Pd
} Q'0d~6n&{
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 vRO
_Q?
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。 XOS[No~
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。 D d</`iUq
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [hj6N*4y
{ kW&TJP+5*
IMedia media = null; Y0-n\|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) CizX<Cr}
{ d-dEQKI?;
case ("mp3"): 0:Ol7
media = new MP3(); ) hfpwdQ
break; 6,{$J
//其它类型略; k+pr \d ~
case ("rm"): 6 ~w@PRy
media = new RM(); WI-1)1t
break; 9zy!Fq
//其它类型略; O@C@eW#
} r\V
={p
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6j LCU%^
player.Play(media); g7W"
} 7O-x<P;
:G%61x&=Zc
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
Z>5b;8
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 E09:E
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ut7zVp<"
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ^3L0w}#
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: x+@rg];m
public interface IMediaFactory ,1o FPa{?
{ W v+?TEP
IMedia CreateMedia(); oEZdd#*;
}
}?Ai87-{
F@B]et7
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: P\rg"
3
public class MP3Factory:IMediaFactory UrEs4R1#
{ vnZC,J `
public IMedia CreateMedia() 9m~p0 ILh
{ `&c kZiq
return new MP3(); U#WF;q0L
} -z%^)VE
} N64dO[op
//其它工厂略; +OWX'~fd<
CdjI`
public class RMFactory:IMediaFactory PBTnIU
{ cB}D^O
public IMedia CreateMedia() fHd#u%63K
{ mSl.mi(JiZ
return new RM(); [j/9neaye
} hy"\RW
} 9Y_HyOZ*GX
//其它工厂略; pYmk1!]/
57
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ,S]7 'UP
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: \\B(r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7}5JDG
{ "n5N[1bk
IMediaFactory factory = null; dn$!&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Gm^U;u}=f
{ '$]97b7G
//音频媒体 0rs"o-s<
case ("mp3"): fdi\hg^x
factory = new MP3Factory(); C7ScS"~
break; scz&h#0V
//视频媒体 9w"4K.
case ("rm"): YHygo#4=8
factory = new RMFactory(); ^EQ<SCh
break; ?Z[[2\DR
//其他类型略; `%"\@<
} j@3Q;F0ba
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); XnMvKPerv'
player.Play(factory.CreateMedia()); 9`X\6s
} 3<f}nfB%r?
2*l/3VW
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 h_3E)jc
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: paE[rS\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ee%%d
{ 5 ,B_u%bb
IMediaFactory factory = null; z3m85F%dR
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \\H}`0m:
{ k:#!zK}
case ("mp3"): #:U%mHT(_
factory = new MP3Factory(); dhf!o0'1M
break; x,@B(9No
//其他类型略; Ma']?Rb`
case ("rm"): g63(E,;;J
factory = new RMFactory(); J7Hl\Q[D1
break; ~#[yJNYQ
//其他类型略; -[9JJ/7y
} .*S#aq4S
IMedia media = factory.CreateMedia(); pis`$_kmwV
media.Play(); 4ber!rJM
} aU "8{
IT7wT+
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。 U!?_W=?
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。 c&?m>2^6
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。 l<LP&
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: kY|utoAP
bL+_j}{:N
<appSettings> _~J
{wM
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> S.94edQ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> .* ?wF
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
Rn(ec
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> )@l%
</appSettings> +yH7v5W
TA`1U;c{n
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: 6azGhxh
private void InitMediaType() i$:*Pb3mV
{ p{Yv3dNl
cbbMediaType.Items.Clear(); FaQe_;
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Ng2@z<>.
{ Is)u }
cbbMediaType.Item.Add(key); 8:c-k|CX
} rJT^H5!o"
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ,c$_t+
} 3G)#5Lf<
Yz/md1T$
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: RXpw!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \K{0L
{ UXc-k
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); "$Z= %.3Q
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); p$NQyS5C"S
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 4n!aW?%
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, &Fzb6/
factoryDllName).Unwrap(); -aPg#ub
IMedia media = factory.CreateMedia(); uGf@
media.Play(); 1MP~dRZ$
} ?cBwPetp
e#L8X
{f
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#Z@+(^
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: !N\@'F!
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 7 S#J>*
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!