面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) |'1.ajxw
R;pW,]}g,
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。 B )[RIs
一、传统过程化设计思想 S9P({iZK
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: :e=7=|@7
public class MediaPlayer 0RtZTCGO
{ zN!yOlp5
private void PlayMp3() y>x"/jzF#
{ >!@D^3PPA
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D.:`]W|
} C5-u86F
c:Cw#
private void PlayWav() +B " aUF
{ ]o]`X$n
MessageBox.Show("Play the wav file."); lY"l6.c
} uP%VL}%0
K"XwSZ/
public void Play(string audioType) ;"0bVs`.^e
{ APF`b
switch (audioType.ToLower()) 8 <;.[l
{ :t!J
9
case ("mp3"): t2{(ETV
PlayMp3(); #K:iB*
break; >*gf1"
case ("wav"): )cRHt:
PlayWav(); Xe\}(O
break; Mn/
} NR(rr.
} ]^.`}Y=`g
} )e PQxx
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 guYP|
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 u`Nrg<
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! `Zo5!"'
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 D$)F
X(
二、面向对象设计思想 &$CyT6mb^
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! aC1 xt(
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: <:/aiX8
public class MP3 Q+K]:c
{ j -o
public void Play() =v\}y+
Yh
{
~m=Z>4M
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); DL~!
^fx
} ~l'[P=R+8
} g~K-'Nw
dfVI*5[Z
public class WAV $aTo9{M ^
{ CpN*1s})d
public void Play() |AvsT{2
{ C'A
D[`p
MessageBox.Show("Play the wav file."); sOWP0xY
} !lEV^SQJs
} d:&cq8^
7SkW!5
Public class MediaPlayer Z%.Ld2Q{
{ Dy. |bUB!f
switch (audioType.ToLower()) 8sDw:wTC
{ SP2";,%/9
case ("mp3"): L)|hjpQ
MP3 m = new MP3(); @Kbj:S;m
m.Play(); o%]b\Vl6
break; %:l\Vhhz
case ("wav"): ct*~\C6Ze
WAV w = new WAV(); ?j!/Hc/b4
w.Play(); +BI%.A`2
break; w{;bvq%lY
} 65&+Fv
} yyVJb3n5:!
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Pvkr$ou
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9~f
RYA*
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。 9WoTo ,q
public class AudioMedia y>UQm|o<W
{ ) { "}bMf
public void Play() q4/P'.S
{ Fok`-U
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); bb/A}<
zD
} g fv?#mp
} M|z4Dy
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)。 x*^)B~7}
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: ir)~T0
public abstract class AudioMedia d5LL(
"
{ ;x{J45^
public abstract void Play(); W6*5e{
} [QT
H ~
|2X+( F Ed
public class MP3:AudioMedia 8`w#)6(V
{ Kzfy0LWM
public override void Play() h7\16j
{ zv\T ;_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^zS|O]Tx
} +^aM(4K\
} ^MZ9Zu_
D
z>7.'3
public class WAV:AudioMedia \%;5$ovV
{ /@s(8{;
public override void Play() 2I~a{:O
{ %LdFS~
MessageBox.Show("Play the wav file."); H 4W4#\M
} _
<pO<S
} {D 8[pG%z
s\1c.
public class MediaPlayer ivl_=
{ O:O
+Q!58
//根据需要完成任务的单向分派 I9r> 3?
public void Play(AudioMedia media) G`R2=bb8
{ Q(YQ$i"S
media.Play(); W\yaovAt
} 8 =<&9TmE
} ji|tc9#6
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)。 w=75?3c7 F
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。 baM@HpMhM
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: M)CE%/P
public abstract class VideoMedia UzmD2AsO"
{ pSJc.j
public abstract void Play(); a<`s'N1G
} )h?Pz1-W1
&!FWo@
public class RM:VideoMedia W[tX%B
{ ::rKW*?
public override void Play() -}*YfwK
{ MXU8QVSY"
MessageBox.Show("Play the rm file."); 41`&/9:"_M
} 4m$Xjj`vE
} vb Mv8Nk
];o[Yn'>o
public class MPEG:VideoMedia ~~'UQnUN4
{ zc#aQ.
public override void Play() 5S?+03h~
{ ;O7<lF\7o
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 9i+SU|;j
} w[wrZ:[
} </8F
J'>i3eLq
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。 tO^KCnL
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: ~<#!yRy>r
v=I 'rx
public interface IMedia #!X4\+)
{ $>fMu
void Play(); :Vf :_;
} PKM8MYvo
9Iod[ x
public abstract class AudioMedia:IMedia ]1
OZY@
{ nE3'm[)
public abstract void Play(); $R[ggH&
} Pb^Mc <j
Bzw!,(u/
"
public abstract class VideoMedia:IMedia -?$Hr\
{ nZ 0rxx[V?
public abstract void Play(); Sc zYL?w^
} _ *O^|QbM
2=6}! Y
这样再更改MediaPlayer类的代码: amn\#_(
public class MediaPlayer 8 3wa{m:
{ q-fxs8+m|
public void Play(IMedia media) MZX-<p+
{ 3i'L5f67
media.Play(); F#w=z/
} ?p8(Uc#73
} jCMr[ G=
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?m?DAd~ZY
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。 ;r_YEPlZ
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。 X;I;CZ={
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &K_"5.7-56
{ 0]c 2 T
IMedia media = null; .*N,x0B(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lIg;>|'Z5&
{ 2?9SM@nAY
case ("mp3"): \lnps f
media = new MP3(); J<<0U;
break; >t,BNsWB
//其它类型略; n'yC- ;
case ("rm"): f<V#Yc(U}
media = new RM(); 5m`@ 4%)zp
break; ?]'Rz\70
//其它类型略; d+_wN2
} 9~^%v zM
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Sxrbhnx
player.Play(media); ZLBv\VQ
} O3JN?25s
5h9`lS2
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 >g!a\=-[
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。 R$<LEwjSw
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 9OeY59
:
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 .D^=vuxt~
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: ;~Ke5os=s
public interface IMediaFactory (%huWW
j
{ Q7X6OFl?
IMedia CreateMedia(); X&1R6O
} e~C^*w L
0f).F
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: b]v.jgD
public class MP3Factory:IMediaFactory }LDH/#
u
{ [-)N}rL>
public IMedia CreateMedia() }[P1Va[!
{ #{)=%5=c
return new MP3();
c}a.
} aVI/x5p~
} PiMW29B^
//其它工厂略; U[/k=}76
S3V3<4CB
public class RMFactory:IMediaFactory qEC-'sl<
{ kw8?::
<
public IMedia CreateMedia() S) /(~
{ -iu7/4!j
return new RM(); b
!FX]d1~k
} *{t{/^'y
} */iD68r|-
//其它工厂略; :- B,Q3d
fcd\{1#u
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 TAbd[:2{F
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 5?+ECxPt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?mxBMtc
{ #9Z\jW6b
IMediaFactory factory = null; -lr)z=})
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A;nrr1-0
{ Fp>iwdjFg
//音频媒体 JivkY"= F
case ("mp3"): Ca]+*Eb9z{
factory = new MP3Factory(); TfaL5evio
break; ZUJ!
//视频媒体 @= f2\hU
case ("rm"): Y4cIYUSc
factory = new RMFactory(); 7%C6hEP/*W
break; 6/^$SWd2
//其他类型略; P;o6rQf
} Mg?^ 5`*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )N`a4p
player.Play(factory.CreateMedia()); J%d\ 7
} pPt7M'uL"
zPWX%1Qr
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。 ydo"H9NOS
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: M{gtu'.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [03$*BCq 3
{ 07WZ w1(;
IMediaFactory factory = null; %Q:i6 ~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UxI0Of&:
{ InDISl]
case ("mp3"): ]O'dwC
factory = new MP3Factory(); UELni,$
break; cI)T@Zg_o+
//其他类型略; ?0_Bs4O\
case ("rm"): /fCj;8T3o
factory = new RMFactory(); B{'x2I#,
break; x&qC~F*QR%
//其他类型略; MW|Qop[
} tFLdBv!=:^
IMedia media = factory.CreateMedia(); t]?u<KD<
media.Play(); +JoE[;
} ZS51QB
"L^Klk?Vn
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。 Ipo?>To
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。 V?U->0>Z4
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。 "Sp+Q&2U
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: | k"?I
d&K2\n
<appSettings> )SG+9!AbMZ
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> @T53%v<5
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> b~?FV>gl
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> u/?s_OR
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> KLv`Xg \
</appSettings> G0p|44_~t
&9bsTm
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: k2Yh?OH
private void InitMediaType() k$`~,LJ p
{ '51DdTU
cbbMediaType.Items.Clear(); hhjT{>je
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Dohq@+] O
{ X;JptF^
cbbMediaType.Item.Add(key); '@1o M1
} H\]ZtSw8-
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *B"p:F7J|
} 90OSe{
t,#9i#q#
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: e(7F| G*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) # Vz9j
{ rjzRZ
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GKf,1kns
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); RR h0G>*
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 69{^Vfd;Y
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 3=w$1.B d
factoryDllName).Unwrap(); vZj:\geV
IMedia media = factory.CreateMedia();
'PW~4f/m
media.Play(); (S/f!Dk&3
} h$[}lZDg
j'Ry.8}
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.yr)
LHt0
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: K3jKOV8
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ] h3~>8<
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!