面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 6};Sn/8
3RD Q{&J:
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。 Zd%*,\`S
一、传统过程化设计思想 NzEuiI}
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: }b-?Dm_H
public class MediaPlayer :{sX8U%
{ Mfgd;FsX#
private void PlayMp3() d&fENnt?h
{ B!5gD
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); r4-r
z+x
} jj^CW"IB
Q|0[B4e^:
private void PlayWav() m\t
%wr
{ YrdK@I
MessageBox.Show("Play the wav file."); `pKQ|zGw
} 29E^]IL?
CV` I.
public void Play(string audioType) { d/k0H
{ | o?@Eh
switch (audioType.ToLower()) rlds-j''
{ /q> "">
case ("mp3"): @M(vaJB8u
PlayMp3(); ,
w_ Ew
break; v/kYyz
case ("wav"): eVy,7go h
PlayWav(); 9;@6iv
break; uto4bs:
} Kp"o0fh<9
} \Wo,^qR
} hWUZn``U$|
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 #bGt%*Re p
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 SDot0`s>
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! U zc`,iV$
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。 rod{77
二、面向对象设计思想 8U-}%D<a
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! 1|zo-'y
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: G6I>Ry[2?
public class MP3 SnVnC09y
{ V8c&2rNa
public void Play() KQEn C`Nz
{ `=FfzL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X&K1>dgWP
} $FD0MrB_+
} N[AX29
. [C~a
public class WAV _xbVAI4
{ 1(m89C[
public void Play() nzU@}/A/
{ ATwPfo8jx@
MessageBox.Show("Play the wav file."); KF-n_:Bd+
} E")82I
} GU_R6Wt+
-{ZRk[>Z
Public class MediaPlayer <Q%\pAP}b
{ (pAGS{{
switch (audioType.ToLower()) lwa
{ Peb;XI
case ("mp3"): IAg#YFI
MP3 m = new MP3(); Wz9 }glr
m.Play(); *c xYB
break; ab6KK$s
case ("wav"): r=u>TA$
WAV w = new WAV(); OJ&~uV >2
w.Play(); ]mYY1%H8M
break; 'H97D-86/
} n&&X{Rl
} o@"H3
gz
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。 G!wFG-Y}
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) X+iUT
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。 b^rPw@
public class AudioMedia _%Jqyc"-
{ 0p8 (Q
public void Play() u3kZOsG
{ f~t*8rG~m
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); WOquG
} RHeql*`
} $O=m/l$
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)。 ^hLAMaR
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: `O*+%/(
public abstract class AudioMedia D/{hLp{
{ o AvX(
public abstract void Play(); OTSbhI'v
} U }xRvNz
tvavI9
public class MP3:AudioMedia '`^`NI`
{ iku) otUc
public override void Play() Eqnc("m)
{ RP!X5
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); CM|?;PBuv
} [HLXWu3
} `2()Vf
73
ix4C
public class WAV:AudioMedia 09HlL=0q
{ AQ7w5}g+V
public override void Play() %dw@;IZ#8{
{ fIWOo >)D
MessageBox.Show("Play the wav file."); 4'_PLOgnX
} 1U^;fqvja
} TldqF BX
Q!9AxM2K
public class MediaPlayer Myvp PW
{ T 5$db-^
//根据需要完成任务的单向分派 ^Q0%_V,
public void Play(AudioMedia media) \("|X>00
{ C5"=%v[gQv
media.Play(); R9xhO!
} #0GvL=}k
} * `1W})
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)。 /N>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。 o-H\vtOjE
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: INt]OPD
public abstract class VideoMedia +`'=K ;{U
{ 2 ,RO
public abstract void Play(); |L%}@e
Vw_
} `v)
:|Q
B ~xT:r
public class RM:VideoMedia js^+ {~
{ Ti:PKpc
public override void Play() K8,Q^!5]"
{ .ww~'5b0
MessageBox.Show("Play the rm file."); ZgarxV*
} c%tb6@C
} V'alzw7#
ny'?Hl'Q
public class MPEG:VideoMedia s_:7dD
{ KFZ2%:6>
public override void Play() Pr|BhX
{ $z[FL=h)?+
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); kMd1)6%6A
} &&SA/;F
} RKru
hF
:k&R]bc9
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 5\S
s`#g
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ^6g^ Q*"
.0 }eg$d
public interface IMedia }Y9= 3X
{ x6N)T4J(
void Play(); |0^~S
} M it3q
FglW|Hwy
public abstract class AudioMedia:IMedia ]40@yrc
{ CmP_9M?ce
public abstract void Play(); Q^trKw~XNy
} ;[)O{%s
?E +[
public abstract class VideoMedia:IMedia Fw.df<
{ mQd
L"caA
public abstract void Play(); z.Y`"B'j`
} {mO QRAKl
w{+G/Ea
这样再更改MediaPlayer类的代码: !pTi.3
public class MediaPlayer VB&`S+-
{ [a201I0 -
public void Play(IMedia media) o|`%>&jP
{ {wJ8%
;Z7
media.Play(); +PAb+E|,
} {#U3A_y
} W!jg
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 lf2Q
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。 <ddXvUCX
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。 fmgXh)=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CqFk(Td9-D
{ ^]n:/kZ5"[
IMedia media = null; H"5=z7w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \Dlmrke
{ X^o0t^
case ("mp3"): 1Y+g^Z;G
media = new MP3(); U,Q
break; IEmjWw4
//其它类型略; 0#y
i5U
case ("rm"): &)
qs0
media = new RM(); 6Cj$x.-K
break; m:-=K
//其它类型略; ~CX1WPMI:
} K6Z/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 0&Z+P?Wb4
player.Play(media); a'!p^/6?
} T"_f9?
.QVN&UyZ
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 9 `+RmX;m
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 i&mt-
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 pOq9J7BS
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 )i/x%^ca$
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: IoKN.#;^
public interface IMediaFactory W!Fu7a
{ taBCE?{
IMedia CreateMedia();
ihp>cl?
} *e,GXU@
{ovW6#
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: i+@t_pxc
public class MP3Factory:IMediaFactory D;! aix3
{ O&g$dK!Rad
public IMedia CreateMedia() &"6%D|Z0
{ +bdjZD3
return new MP3(); L)"E _
} -'Oq.$Qq
} .azA1@V|
//其它工厂略;
WfH4*e
FA$1&Fu3Y
public class RMFactory:IMediaFactory d)1Pl3+
{ jrN"en
public IMedia CreateMedia() Jty/gjK+
{ ^kh@AgG^
return new RM(); =z4kK_?F,
} 9{&oVt~Y$
} `nv82v
//其它工厂略; ~8tb^
L(`Rf0smt
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。 Dssecc'
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: h(gpqSN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mw flx8
{ 4l~B/"}
IMediaFactory factory = null; ~#PC(g
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @QbTO'UzK`
{ ay>u``$R
//音频媒体 ,}23
case ("mp3"): "yf#sEabV
factory = new MP3Factory(); d: LP8
break; :<PwG]LO
//视频媒体 [DSD[[
z[
case ("rm"): !g7bkA
factory = new RMFactory(); 0oPcZ""X]
break; Z"5ewU<?
//其他类型略; &Ef_p-e-P
} #G\;)pT
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); m!sMr^W
player.Play(factory.CreateMedia()); E3d# T
} AfX lV-v
hngdeGa
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 8omk4 ;
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: &uLC{Ik}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) '[`pU>9
{ {wCzm
IMediaFactory factory = null; cUD}SOW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ";*Iwd*V
{ 'D[g{LkL
case ("mp3"): CAtdx!
factory = new MP3Factory(); Y N*"q'Yz_
break; H q."_i{I
//其他类型略; 'w`3( ':=
case ("rm"): &k@r23V7r
factory = new RMFactory(); YdF\*tZ
break; ~O~R,h>
//其他类型略; [*z`p;n2D
} o}6d[G>
IMedia media = factory.CreateMedia(); VhX~sJ1%Gp
media.Play(); ,#hx%$f}d
} BiI`oCX
$94l('B6H
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。 ZuVes?&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。 L%5g]=
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。 }1?
2
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: `>N_A!pr`
.!yw@kg
<appSettings> v6*8CQ+
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> <j&LC
/]o
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> U`)o$4Bq
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> RJ~I?{yR0[
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ]x^v;r~
</appSettings> MClvmv^
~spfQV~
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 'J(B{B7|
private void InitMediaType() SJsRHQ
{ PNG!q}(c
cbbMediaType.Items.Clear(); G !;<#|a
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5|Hz$oU
{ rFU|oDF
cbbMediaType.Item.Add(key); Ika(ip#]=
} !F[^?:pK
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; f,WAl\
} Oq4J$/%
nEbJ,#>Z
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: IHStN,QD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \iM
{ q&0I7OV
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 6U[bAp
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); <ecif_a=m
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; m
j@{hGP
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, > ?<C+ZHh
factoryDllName).Unwrap(); .F@0`*#rE~
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y/Q/4+
media.Play(); .wJv_
} RqE|h6/
.E&-gXJ4
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。 :8 jaW?~
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: <imIgt|`2
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 &0*IN
nlc?
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!