面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Wf26
QlZ@ To
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。 !0}\&<8/m
一、传统过程化设计思想 WO*9+\[v
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: LKF/u` 0dP
public class MediaPlayer ^J/)6/TMXm
{ k$i'v:c|:i
private void PlayMp3() =o 7}]k7
{ md Gwh7/3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); zsQoU&D 5
} l*=aMjd?
EqB)sK/3
private void PlayWav() AMCyj`Ur
{ L>9R4:g
MessageBox.Show("Play the wav file."); T)iW`vZg8
} S4o$t-9l
tkKJh !Q7
public void Play(string audioType) uGP(R=H
{ _aS;!6b8W
switch (audioType.ToLower()) n.}T1q|l
{ BlC<`2S
case ("mp3"): xL
"!~dN
PlayMp3(); >SmV74[s2
break; , H
kj1x
case ("wav"):
zj{s}*
PlayWav(); Yl^mAS[w&
break; _}6q{}jn:c
} dJk9@u
} ,!QV>=
} ;0%OB*lcgE
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。 LlYTv%I
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。 {MBTP;{*~
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! ^+|De}`u
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。 uaPx"
二、面向对象设计思想 ^TdZ*($5
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! /Lf6WMit
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: n# 7Pr/*0
public class MP3 |NFZ(6vNh
{ Ctu?o+^;z
public void Play() y/_XgPfWU
{ 0\QR!*'$
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m_NCx]#e
} EG<s_d?
} ]$iqa"{
&(pjqV
public class WAV Lxl_"kG
{ I:j3sy
public void Play() ~mz%E
{ =r.
>N\
MessageBox.Show("Play the wav file."); /F/;G*n
} S~OhtHwK
} ssQ BSbx
2\<.0
Public class MediaPlayer ps|)cW3`
{ 1R%1h9I4'
switch (audioType.ToLower()) ro~+j}*
{ y'C-[nk
case ("mp3"): Tny>D0Z#
MP3 m = new MP3(); Z}6^ve
m.Play(); R
W/z1
break; 5jcte<
5I_
case ("wav"): S=|@L<O
WAV w = new WAV(); Q /x8 #X
w.Play(); ~aK?cP
break; 9)dfL?x8V{
} $%k1fa C
} $4=f+ "z
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。 AONDx3[
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2'0K WYM
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。 uKr1Z2
public class AudioMedia 7 A$B{
{ vb{i
public void Play() r#i?j}F}
{ \_6OC Vil
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); P\2M[Gu(Q
}
#;KsJb)N.
} oA-:zz>wL
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)。 #\rwLpC1u
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: u,.3
public abstract class AudioMedia J;Rv ~<7
{ Zo-$z8
public abstract void Play(); \E1U@6a
} ,L>
ar)B
7;:#;YSha
public class MP3:AudioMedia ^rNUAj9Z
{ +C]&2zc.
public override void Play() j{++6<tr
{ ?X$,fQ#F|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); y2L#:[8
} }ut]\]b
} F"+o@9]
iI1n2>V3y
public class WAV:AudioMedia /u<nLj 1
{
: esg(
public override void Play() uzOYVN$t
{ Aj>[z8!,
MessageBox.Show("Play the wav file."); }GwVKAjP
} m!n/U-^
} W~n.Xeu{C
)$GIN/i
public class MediaPlayer p
zw8 T
{ c7uG9
//根据需要完成任务的单向分派 k`KGB
public void Play(AudioMedia media) 4vnUN
{ I,@r5tKo
media.Play(); F0Jx(
} >TL^>D
} b&)5:&MI
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)。 d50Vtm\
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。 ^Mkk@F&1
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: `TqSQg_l
public abstract class VideoMedia Qq& W3
{ `(y(w-:W1
public abstract void Play(); p&p.Q^"ok
} gJN0!N'
6rti '
public class RM:VideoMedia )KSoq/
{ K+\nC)oG
public override void Play() d[gl]tj9
{ -;(Q1)&
MessageBox.Show("Play the rm file."); =HDI \LD<
} q Dd~2"er
} IE~%=/|
F t&+vS
public class MPEG:VideoMedia >c8GW
>\N
{ unl1*4e+
public override void Play() E`\8TqO
{ C2U~=q>>
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); rt-\g1x
} Pf_F59"
} 5i6
hp;=
F4#g?R::U
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。 YB))S!;Ok
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: ^WYQ]@rh3
QWnndI_4p
public interface IMedia G#`\(NW
{ _cH@I?B
void Play(); b}9[s
} FwAKP>6 *
\BV
0zKd
public abstract class AudioMedia:IMedia @`"AHt
{ AnsjmR:Jv
public abstract void Play(); _;9!
} Xt/Ksw"wn
9v)%dO.
public abstract class VideoMedia:IMedia R,2=&+ e
{ D>L2o88
public abstract void Play(); K<sC F[
} WKM)*@#,
"@3@/I
这样再更改MediaPlayer类的代码: rZ1Hf11C
public class MediaPlayer !c W[G/W8
{ k_|^ kdWJ
public void Play(IMedia media) -cF'2Sfr
{ ~,6b_W p/
media.Play(); 5AeQQU
} sd re#@n}
} \t4tiCw
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Z,7R;,qX
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。 H[Q_hY[>V
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。 r`\A
nT?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mg:!4O$K
{ iTo k[uJ}
IMedia media = null; `s#Hq\C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) m`?MV\^
{ A1Y7;-D
case ("mp3"): 2(!fg4#+
media = new MP3(); %GEJnJ
break; &NZfJs
//其它类型略; t/o N>mQG
case ("rm"): "VxWj}+]
media = new RM();
cS.i
break; w) ]H ^6
//其它类型略; 4 {GU6v)f
} 4\5uY
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); QrG`&QN
player.Play(media); gIEl.
} U!5)5c}G
neF]=uCWnT
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 bF}V4"d,B3
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。 `<" m%>
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。 9Mm!%Hu
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。 yR~-k?7b
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: i7[uLdQ
public interface IMediaFactory `BFIC7a
{ ~:Uwg+]j
IMedia CreateMedia(); kdx
y\
jA
} 2
+5e0/_V
ZUXr!v/R:1
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: #%3rTU
public class MP3Factory:IMediaFactory W1aa:hEf
{ C.MoKa3
public IMedia CreateMedia() C&\5'[*
{ YA(@5CZ
return new MP3(); +A_J1iJ<
} H(^bC5'
} $3+PbYY
//其它工厂略; m(OvD!
r} _c
public class RMFactory:IMediaFactory 'Yy&G\S
{ { >{B`e`$
public IMedia CreateMedia() )
iQ
{ _>o-UBb4]T
return new RM(); w2(guL($
} 6$ Q,Y}j
} h( QYxI,|
//其它工厂略; 3 *S{;p
uZKP"Oy
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。 ?ne_m:J[
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: 2LY=DL7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !{^\1QK
{ O OFVnu
IMediaFactory factory = null; 9X<OJT;3J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;)0w:Zn/[
{ PG5- ;i/
//音频媒体 0pe3L
case ("mp3"): w>?Un,K
factory = new MP3Factory(); d?,M/$h
break; 96Wp!]*
//视频媒体 ^
?hA@{T/1
case ("rm"): CENVp"C/`
factory = new RMFactory(); z+2V4s =
break; wgeNs9L
//其他类型略; pj|pcv^
} Q'B6^%:<~
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?@6b>='!
player.Play(factory.CreateMedia()); q(^Q3
} :bU(S<%M
Ac k}QzXO
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。 RWq{Ff}Hk
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: /G{_7cb
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Jwn AW}=
{ f6<g3Q7Mu
IMediaFactory factory = null; U4?(A@z9^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) m@Ev~~;
{ $9
p!Y}
case ("mp3"): &(rWw Oo6
factory = new MP3Factory(); 8U2dcx:G3
break; .~lKBkS`!
//其他类型略; wz8PtfZ
case ("rm"): `RQ#.
factory = new RMFactory(); 92W&x'
break; DLE8+NV8
//其他类型略; vy@rQC %9
} g{s'GyV8t
IMedia media = factory.CreateMedia(); FXKF\1`(H
media.Play(); "HMP$)d
} G*[P<<je_
cRvvzX
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。 2R-A@UE2
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。 $.6K!x{(
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 i hL/n
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件:
05\dl
>gtQw!
<appSettings> >v;8~pgO
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> :y]Omp
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> \@a$'
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Rxpn~QQ
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> K2_Qu't0$
</appSettings> mumXUX
]pA(K?Lbg
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: :
DG)g3#
private void InitMediaType() H( -Y
{ rk2xKm^w
cbbMediaType.Items.Clear(); }|)R
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) tEd.'D8 s
{ ^:, l\Y
cbbMediaType.Item.Add(key); RH0>ZZR
} 5R$G(Ap_
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; i yYJR
} mbl]>JsQD
y2HxP_s?P?
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: `XTh1Z\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 84zTCX
{ %bXx!x8(
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ]6Ug>>x5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); zkM"cb13q/
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; .uo.N
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, )-rW&"{U
factoryDllName).Unwrap(); a[bBT@f
IMedia media = factory.CreateMedia(); CLD-mx|?
media.Play(); _gNz9$S
} 2U
kK0ls
rf+:=|/_3
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。 G%p~m%zIK
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: `D7C?M#j]
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 w^k;D,h
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!