面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <%=@Ue
|1UJKJwX
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。 92g&,Wb
一、传统过程化设计思想 kXW$[R
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: W)2ZeH*
public class MediaPlayer T4x[
\v5d
{ ;{ESo?$*
private void PlayMp3() ]`\~(*;[W9
{ WxS$yUu
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N>',[4pJ|
} $GX9-^og=T
B2)SNhF2Y
private void PlayWav() GKf%dKL
{ tkf^sGgNO
MessageBox.Show("Play the wav file."); *Zz hN]1
} U\UlQp?
|oTA$bln
public void Play(string audioType) FoGSCg%
{ @H|3e@5([
switch (audioType.ToLower()) #<gD@Jyb u
{ nHIW_+<Mf
case ("mp3"): P*{*^DN
PlayMp3(); 9+co`t.
break; l5l#LsaQb
case ("wav"): {WN??eys,
PlayWav(); wj|[a,(r
break; >UBozmF=\
} _rfGn,@BH
} 2qDVAq^@
} w[s}#Q
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。 lvIdYf$?
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 @1+({u#B
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! OM#eJ,MH<)
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Nx<%'-9)|
二、面向对象设计思想 z#t;n
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 5hE mXZ%
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: fz`\-"f]
public class MP3 LABLT;c
{ h|XLL|:
public void Play() (-esUOB.
{ 8B|B[,`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [:bYd}J
} K)
{\wV="
} ec"+Il
p|VgtQ/)%
public class WAV 4'U #<8
{ p$zj2W+sN
public void Play() o 9{~F`{p
{ \,yX3R3}.~
MessageBox.Show("Play the wav file."); cA25FD
} 4
X6_p(
} F;<cG`|Rx
4%,E;fB?=
Public class MediaPlayer ~+bS D<!b
{ P |kfPohI=
switch (audioType.ToLower()) ^HI}bS1+|
{ wsyAq'%L
case ("mp3"): [E4#|w
MP3 m = new MP3(); qn#f:xltu
m.Play(); l]KxUkA+
break; FOD_m&+
case ("wav"): ?;?$\b=
WAV w = new WAV(); z.]
w.Play(); V]0~BV
break; O`Ge|4
} KImazS^
} +!)v=NY
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。 GN@(!V#/4
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) %TA@-tK=
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。 $C~OV@I
public class AudioMedia Y+e a
{ o+
0"@B
public void Play() H?W8_XiN
{ hF7#i_UN<
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 4/ M~#
} (| X?
} )|CF)T-
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 kSH|+K\M4
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: !(-S?*64l
public abstract class AudioMedia :igURr
{ V
j"B/@
public abstract void Play(); j SX VLyz
} KI~M.2pk
n0<I
public class MP3:AudioMedia K!BS?n;
{ >r~!'Pd!
public override void Play() Gs)2HR@>
{ `]3A#y)v
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mQy!*0y
} !;~6nYY
} ={gf x;
L>1i~c&V
public class WAV:AudioMedia B|(M xR6m
{ |*-&x:p7O
public override void Play() Kitx%P`i
{ #JIh-h@
MessageBox.Show("Play the wav file."); Zm~oV?6
} (2fWJ% 7VG
} Rw#4 |&
Kzz]ZO*3
public class MediaPlayer !e0~|8
{ ibIo1i//[
//根据需要完成任务的单向分派 2#?qey
public void Play(AudioMedia media) <u%&@G$F>
{ f=/IwMpn
media.Play(); o2#_CdU
} ilpP"B
} Uel^rfE`
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)。 T\Ld)'fNv
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。 K,Z_lP_~Vw
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: 3T7,Y(<V
public abstract class VideoMedia \c.MIDp"
{ "g>, X[g
public abstract void Play(); )T26cT$
} wtpz ef=
sAec*Q(R
public class RM:VideoMedia }Uc)iNU
{ >p|tIST
public override void Play() eod-N}o
{ %
A8dO+W
MessageBox.Show("Play the rm file."); /3ty*LQT
} }4A $j{\
} pwG" _|h
/a:sWmxMT
public class MPEG:VideoMedia sp'f>F2]
{ d iG kwKj
public override void Play() 236,o
{9e
{ 8%W(",nd
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 1 /dy@'
} V$';B=M
} ir/-zp_
MX\v2["FoV
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。 zv}3Sl@
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: 3}lT"K
:kz"Wya.
public interface IMedia Q"2J2211
{ :$J4T;/{
void Play(); _bm8m4Lk
} Oj~4uT&"
AV%t<fDG#
public abstract class AudioMedia:IMedia /$NZj"#
{ o+j~~P
public abstract void Play(); <+\
w .!
} |}Wm,J
B(TE?[ #
public abstract class VideoMedia:IMedia #2qDn^s
{ "ke>O'
public abstract void Play(); g=5vnY
} XV|u!'Ey
9C_Vb39::$
这样再更改MediaPlayer类的代码: ;#jE??E/:
public class MediaPlayer {i09e1
{ +J<igb!S
public void Play(IMedia media) v62M8r,Y
{ ;:5Ahfo \
media.Play(); C0> Z<z
} ^;@Q3~DpP%
} f;7I{Z\<
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Pv3rDQ/Yt|
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。 lI"~*"c`
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。 2LqJ.HH
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B
!}/4"
{ \p%,g&^ x
IMedia media = null; :,'yHVG\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) H;.${u^lhd
{ n
9X:s?B/
case ("mp3"): HJ]9e
media = new MP3(); U6/$CH<pe
break; #o/
//其它类型略; }mx>3G{d
case ("rm"): p|f5w"QcH
media = new RM(); )=]u]7p}
break; b|'{f?
//其它类型略; ,K>q{H^
} 4[o/p8*/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); (SnrYO`#
player.Play(media); kl0|22"Gz
} a\@k5?
J+o6*t2|
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
x $@Gp
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 _d`)N
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 &u}]3E'-k
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 :*6#(MX
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: {^jk_G\ys
public interface IMediaFactory lI*uF~ 'D
{ W8><
IMedia CreateMedia(); 5tG\5
} WH6Bs=G\}
bAVlL&^@|
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: {)L*\r
public class MP3Factory:IMediaFactory 8v V<A*`
{ 3UX/
public IMedia CreateMedia() 4?2$~\
x
{ }3DZ`8u
return new MP3(); >o_cf*nx
} /nas~{B
} 2k]Jkd,E
//其它工厂略; &hco3HfW
pX LXkF?
public class RMFactory:IMediaFactory @}+F4Xh,L
{ Ak'=/`+ p
public IMedia CreateMedia() T5gL
{ EjDr
return new RM(); u P&<
} Mr6 q7
} l?Qbwv}
//其它工厂略; D]StDOmM
"t!_bma
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。 "eb+O
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: !bGMVw6_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) P'<D0
{ 31)eDs
IMediaFactory factory = null; _>=QZ`!r
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) =_:Mx'7
{ (BG
wBL
//音频媒体 +F@ZVMp
case ("mp3"): aP}30E*Y
factory = new MP3Factory(); UJ^MS4;I3
break; 8^2E77s4U
//视频媒体 dZIruZ)x
case ("rm"): X*QQVj
factory = new RMFactory(); g3Z"ri~!G
break; eX3|<Bf
//其他类型略; 3U!#rz"
} (\o &Gl
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); <#%kmYSL
player.Play(factory.CreateMedia()); 4E0 Y=
} 3^-yw`
RJa1pYK
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。 qw35LyL
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: tuIQiWHbM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "IuPg=|#
{ 8d|#W
IMediaFactory factory = null; +txHj(Y`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W%_Cda5,
{ >V|KS(}s
case ("mp3"): 'eDV-cB
factory = new MP3Factory(); %RD%AliO}K
break; ]7:*A7/!.
//其他类型略; +
X0db
case ("rm"): -hpC8YS
factory = new RMFactory(); ~;D5j ) 9I
break; Y'eE({)<K
//其他类型略; r[W
Ir|r7
} sHn-#SGm
IMedia media = factory.CreateMedia(); w3E#v&"=Y
media.Play(); [\,Jy8t)\
} V \Sl->:
YX{c06BHs
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。 E*G{V j
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。 ]3&BLq
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。 gv}J"anD
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: }J m~b9j
D\-D~G]x
<appSettings> >#EOCo
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> +5xk6RP
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> I6lWB(H!u
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> n1r'Y;G
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Gq0Q}[53
</appSettings> I|/\ L|vo
j&w4yY
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: ;!Q}g19C
private void InitMediaType() kDWMget$
{ /j$`Cq3I
cbbMediaType.Items.Clear(); 'd |*n#Dqc
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }+dDGFk
{ *9)yN[w
cbbMediaType.Item.Add(key); !v68`l15
} 07#e{
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ds
"N*\.
} 9D,/SZ-v
@l
%x;`E
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: y\@INA^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1T/ 72+R0
{ r"bV{v
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;q&2$Mb
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); kH" >(f
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -&QTy
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, (pT7m
factoryDllName).Unwrap(); r9y(j
z
IMedia media = factory.CreateMedia(); 5Zy%Nam'gN
media.Play(); W+`T:Mgh
} $c1xh.
=kDh: &u%
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。 +Vw]DLWR
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: Y |'}VU
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 6O|
rI>D
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!