面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) !K[/L<
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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。 s2^B(wP
一、传统过程化设计思想 sm1;MF]/u
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: k=?^){[We
public class MediaPlayer Jn=42Q:>
{ mwIk^Sz]@
private void PlayMp3()
rIVvO
{ cJ.
7Mt
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -^Xy%
} oE1M/*myS
c_#*mA"+
private void PlayWav() 3htq[Ren
{ G=|70pxU
MessageBox.Show("Play the wav file."); b,Ke>.m
} Nt~x&s
^LVk5l)\>g
public void Play(string audioType) Um z05*
{ ]boE{R!I
switch (audioType.ToLower()) L6+C]t}>6
{ 9/@ &*
case ("mp3"): C',6%6P
PlayMp3(); [/cIUQ
break; 0Gsu
case ("wav"): i6Qb[\;
PlayWav(); (9]6bd
break; zT7"VbP
} P$ucL~r
} O#EqG.L5
} <B)
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 :3^dF}>
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 p x#suy
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! #Ao !>qCE
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 1[-vD=
二、面向对象设计思想 9Kbw
GmSU
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! Lc]1$
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: 2JZdw
public class MP3 fQU{SjG
{ z]=8eV\
public void Play() v L}T~_=3
{ 1`JB)9P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >3PMnI
} ^"x<)@X
} $7NCb7%/L
'wvMH;}u
public class WAV ;7Okyj6EP
{ SE)nD@:
public void Play() ,q#2:b<E
{ l^W uS|G[
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^=+e?F`:{
} YJ,*(A18
} G;s"h%Xw98
~}Z'0W)Q`z
Public class MediaPlayer % (<(Y
{ aGK@)&h$
switch (audioType.ToLower()) xS8,W
{ _TUm$#@Y`
case ("mp3"): s bnjy"Z%
MP3 m = new MP3(); o=_c2m
m.Play(); RlRs}yF
break; 3vW4<:Lgy
case ("wav"): G\=_e8(
WAV w = new WAV(); Kkv<"^H
w.Play(); g^l RG3a
break; / t5p-
} ]Blf9h7
} F*` t"7Lm
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 bL`eiol6
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ? ?[g}>
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 z%sy$^v@vD
public class AudioMedia I[D8""U
{ Td h TQ
public void Play() }mk>!B}=
{ "0Q1qZ
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); O/b+CSS1
} BBnq_w"a
} 7-*=|gl+
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)。 V%NeZ1{ e
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: %
frfSGf.#
public abstract class AudioMedia ->gZ)?Fqy
{ KX4],B5 +
public abstract void Play(); 5iM[sg[y9
} 3t"4TjAy
hXB|g[zT
public class MP3:AudioMedia .L EY=j!-s
{ 6F|j(LB
public override void Play() y1pu R7
{ .=c<>/
0
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *Y6xvib9*
} RMP9y$~3pU
} 2SG$LIV 9Y
J7+w4q~cB`
public class WAV:AudioMedia ?*u*de[,
{ S6D^3n
public override void Play() +L%IG
{ }]6f+
MessageBox.Show("Play the wav file."); rv7{Ow_Y
} z|N3G E(.@
} 3BQ!qO17^d
Q5a)}6-5
public class MediaPlayer ?LP9iY${
{ u:dx;*
//根据需要完成任务的单向分派 cWLqU
public void Play(AudioMedia media) A''pS
{ eQDX:b
media.Play(); L,LNv
} s'\$t
} L'Q<>{;Ig
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 =,V|OfW
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 v=?2S
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: s?C&s|'.
public abstract class VideoMedia @xAfZb2 E
{ Z`Z5sj 4{
public abstract void Play(); -{jdn%Y7CK
} HM9fjl[
ej(ikj~j
public class RM:VideoMedia <AoXEuD
{ @n+=vC.xO
public override void Play() ?cy4&]s
{ y 1\'(1
MessageBox.Show("Play the rm file."); &
E}mX]t
} 5h{`<W
} +-$Ko fnM
7h9U{4r: M
public class MPEG:VideoMedia 19UN*g3(
{ u bW]-U=T
public override void Play() xTz%nx
{ O XP\R
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g(4bBa9y
} tJ0NPI56yP
} r 2:2,5_
+^|iZbZKx
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。 aSutM
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: 0<p{BL8
S<wj*"|.s
public interface IMedia PoSpkJH
{ a;AzY'R
void Play(); >QkP7Kb
} (5Nv8H8|
+0l`5."d
public abstract class AudioMedia:IMedia 9 ;i\g=
{ Cb;WZ3HR
public abstract void Play(); ti @kKz
} ~@W*r5/
Kg\R+i@#<
public abstract class VideoMedia:IMedia F>hZ{
{ 0Q5^C!K
public abstract void Play(); yYZxLJ='
} x.mrCJn)
u9qMqeF
这样再更改MediaPlayer类的代码: Nf41ZT~
public class MediaPlayer ""iaGH+Cxw
{ 5\fCd|
public void Play(IMedia media) zg)sd1@
{ K4ZolWbU
media.Play(); eOT+'[3"
} J @IS\9O
} <@v]H@E
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 f .
}c7
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。 C#0Qd%
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。 Ah69
_>N`S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q8P.,%
{ 7V7zGx+Z7
IMedia media = null; 5s{j=.O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;]2s,za)qs
{ Y"g.IK`V
case ("mp3"): ,F6=b/eZ
media = new MP3(); Fg]?zEa
break; sBX-X$*N
//其它类型略; ;E^K.6
case ("rm"): )FN;+"IJ
media = new RM(); KJn!Ap
break; e.d
#wyeX
//其它类型略; bpAv1udX-W
} nAJdr*`a,5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); T#@lDpO
player.Play(media); y[};J
vk
} da!P0x9p
]y{WD=T
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 NE2pL@sk
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 >r@.F%
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 "ICC
B1N|
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Fzlozx1y[
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 75T_Dx(H
public interface IMediaFactory h"mi"H^o
{ <yA}i"-1W
IMedia CreateMedia(); 38ES($
} eDI=nSo
8LkP)]4^sO
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: IA zZ1#/3
public class MP3Factory:IMediaFactory +gd2|`#
{ ^ >x|z.
public IMedia CreateMedia() qVqRf.-\
{ u|#>32kV
return new MP3(); 4LcX<BU9
} RprKm'b8x`
} /'2O.d0}.
//其它工厂略; e1myH6$W
%VJ85^B3
public class RMFactory:IMediaFactory lf<S_2i
{ asiov[o;
public IMedia CreateMedia() 6d[_G$'nk
{ gU^$Sx7'
return new RM(); `?g`bN`Vn
} bu7'oB~:V^
} n%^ LPD
//其它工厂略; Gc]~wD$
U6ZR->:
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。 mbRqJT>@
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: gF=jf2{YX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) J&/lx${
{ W1Lr_z6
IMediaFactory factory = null; +6$g!S5{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vr^~yEr
{ q LL,F
//音频媒体 x&Vm!,%:1
case ("mp3"): AmPMY:1i"
factory = new MP3Factory(); D-Vai#Cd
break; AE`We$!
//视频媒体 ]?1Y
e8>Y<
case ("rm"): b !@Sn/
factory = new RMFactory(); qW:)!z3\
break; qSqI7ptA\
//其他类型略; keW~ NM
} up3O|lj4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -4rDbDsr
player.Play(factory.CreateMedia()); XfE?C:v
} 1be %G [*
{CG_P,FO
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 3nZ9m
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: jCAC
`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AsS$C&^
{ r)9Dy,
IMediaFactory factory = null; f %lD08Sl
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /yz=Cj oz
{ +x?#DH-
case ("mp3"): =(a1+.O
factory = new MP3Factory(); xqXDxJlns
break; SVlua@]ChU
//其他类型略; Ok7t@l$
case ("rm"): Z@8vL
factory = new RMFactory(); o@]So(9f
break; o*x*jn:hm
//其他类型略; 2$_9cF Wm
} ^,F;M`[
IMedia media = factory.CreateMedia(); `~eX55W
media.Play(); b `2|I {
} c^rOImZ
9=w|)p )
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。 {8,<ZZ_
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%k9M{
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。 N"/-0(9[
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: 8zLY6@
!Fw?H3X!"q
<appSettings> @D-AO_
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> GLn{s
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Qu5UVjbE,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> L%v^s4@
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,uw132<b
</appSettings> SvN9aD1
_LAS~x7,
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: HkV1sT
private void InitMediaType() IM$2VlC
{ 72sD0)?A
cbbMediaType.Items.Clear(); 6C>_a*w
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }pk#!N
{ n9pN6,o+
cbbMediaType.Item.Add(key); 1Gt/Tq$_b
} }R3=fbe,\
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +$xeoxU>;
} mS#zraJn5
ccCzu6
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: H/M Au7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{7!UQrm<
{ )eUW5
tS
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Zh5RwQNE~
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 'Y$R~e^Y?
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 48|s$K ^
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, sS&Z ,A
factoryDllName).Unwrap(); OA:%lC!
IMedia media = factory.CreateMedia(); jENr>$$
media.Play(); O8|5KpXd@
} #-3=o6DCK
"'g[1Li
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。 pA{ 5V9
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: *Nyev]8
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {k4CEt;
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!