面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) edhNQWn
W R@=[G#TJ
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。 `k65&]&d
一、传统过程化设计思想 *@fR36
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{8z1t20:
public class MediaPlayer T9]|*~ ,T
{ a&~_ba+
private void PlayMp3() /W'GX n
{ U'zW; Lt
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }^WQNdws56
} Ei2Y)_
9;s:Bo
private void PlayWav() v5l)T}Nb
{ />;1 }
MessageBox.Show("Play the wav file."); jq#_*&Eg]
} V|b9zHh
B"T Z8(<
public void Play(string audioType) Z8nj9X$
{ \]}|m<R
switch (audioType.ToLower()) Zh`lC1l'
{ ~\`lbGJ7?
case ("mp3"): y0>asl
PlayMp3(); 'M185wDdAl
break; 7PO3{I
case ("wav"): Rkm1fYf
PlayWav(); WS8m^~S@\
break; )%x oN<
} cc7*O
} ^D\1F$AjC
} wXp
A1,i
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 IW3ZHmrpA
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ]&\HAmOQS
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 4k_&Q?1
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 5bM/
v
二、面向对象设计思想 Zpg/T K
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! -_Pd d[M
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: wEENN_w
public class MP3 gO%#'Eb2
{ ,ii*[{X?
public void Play() "Wr5:T-;
{ c4ptY5R),
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #pP4\n-~hU
} m\`dLrPX4j
} zF6R\w
R/r)l<X@
public class WAV 5=tvB,Ux4
{ k@U8K(:x
public void Play() w@Uw8b
{ LnIln[g:
MessageBox.Show("Play the wav file."); w~a^r]lPW
} PVHJIB
} *LpEH,J
>_P7 k5Y^
Public class MediaPlayer S[!K
{ \$YKw0K
switch (audioType.ToLower()) 6M9t<DQV
{ =gS?atbX
case ("mp3"): J#vIzQ
MP3 m = new MP3(); '_,/N!-V
m.Play(); `Bk7W]{L
break; R>SS\YC'X
case ("wav"): t!RR5!
WAV w = new WAV(); C( 8i0(1
w.Play(); W[BZ/
break; )=l~XV
} jY%&G#4
} 6nh!g
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 |niYN7 17
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) dfY(5Wc+f
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 GL$!JKWp
public class AudioMedia c7Sa|9*dR
{ b/'{6zn
public void Play() 3~Od2nk(x
{ uc!j`G*]
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); V(_OyxeC{2
} `s5<PCq
}
WV&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)。 H,`F%G#!`q
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: lxb+0fiN
public abstract class AudioMedia P'.MwS
{ .zQ:u{FT
public abstract void Play(); )9F-h8
&"
} %jz]s4u$5j
0fwmQ'lW(
public class MP3:AudioMedia |N_tVE
{ m3W:\LTTp
public override void Play() >QO^h<.>
{ )3# gpM
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +\g/KbV7
} X{4jyi-<
} /a.4atb0
|f), dC
public class WAV:AudioMedia |U{9Yy6p
{ F: %-x=q
public override void Play() ly"Jl8/<
{ pgbm2mT9
MessageBox.Show("Play the wav file.");
0$)s? \
} EdFCaW}""
} >KHR;W 03
0/K?'&$yvb
public class MediaPlayer u3 k%
{ <knf^D<"
//根据需要完成任务的单向分派 hkV;(Fr&z
public void Play(AudioMedia media) 0WT]fY?IS
{ a (AKVk\
media.Play(); ]D?//
} ta"uxL\gge
} R<.<wQ4I
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 2%|
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Aq'yr,
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: zh`!x{Z?^
public abstract class VideoMedia ]v^/c~"${
{ fy+fJ )4sj
public abstract void Play(); x`T
} ]<b$k
YXCltME
public class RM:VideoMedia np2oXg%
{ fkf69,+"]
public override void Play() aT}Mn(F*?
{ ?;84 M@
MessageBox.Show("Play the rm file."); <xpOi&l
} R_9 &V!fl
} S(NH# ^
Zoe>Ow8mE`
public class MPEG:VideoMedia LXYpP-E
{ :})(@.H
public override void Play() yg({g
"
{ N(i%Oxp1
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); .Zo%6[X
} \:]
} ^u'hl$`^
g4b-~1[S
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。 ?LJ$:u
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: PPoQNW
k=;>*:D%
public interface IMedia ;:<z hO
{ |;xm-AM4r
void Play(); A/5??3H
} fM,!9}<
e7e6b-"_2
public abstract class AudioMedia:IMedia <Z{pjJ/
{ N>h/!#
ZC
public abstract void Play(); HI iMq'H^
} #a1zk\R3
LX<arHz
public abstract class VideoMedia:IMedia V~#e%&73FH
{ W|@7I@@$"
public abstract void Play(); s5/5>a V
} ;+v5li
x)evjX=q
这样再更改MediaPlayer类的代码: A8,9^cQ]
public class MediaPlayer N:R6
b5
=}
{ n(X {|?
public void Play(IMedia media) &O|!w&
{ -CV_yySc
media.Play(); U-RR>j
} a=ye!CN^
} EQQ/E!N8l
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 [6 d~q]KH
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。 ^RL#(O
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。 nc<wDE6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) TUE*mDRmP
{ }f
rij1/G
IMedia media = null; pypW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) gut[q
{ DI9hy/T(
case ("mp3"): -,xCUG<g
media = new MP3(); :Y? L*
break; "ijpqI
//其它类型略; EY~b,MIL4
case ("rm"): 4%! #=JCl
media = new RM(); #h,7dz.d
break; *"cK_MH/o
//其它类型略; E}Ir<\
} X;2I'
Kg
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); IZ){xI
player.Play(media); 99QMMup
} :TU|;(p
#+VH]7]
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 yf|,/{S
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。 b:%z<vo
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。 fPXMp%T!
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。 \.0cA4)[$
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: TFZvZi$u&
public interface IMediaFactory $H0diwl9R
{ T,'{0q
IMedia CreateMedia(); GCrIaZ
} QuF76&)7
Xk2M.:3`
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: X?6E0/r&9
public class MP3Factory:IMediaFactory [^N8v;O
{ 4Cd#S9<ed
public IMedia CreateMedia() w$5~'Cbi
{ !v/j*'L<M}
return new MP3(); GUX!kj
} %62W[Oh5
} $O\I9CGr$
//其它工厂略; cZ8lRVaWW
|\HYq`!g%7
public class RMFactory:IMediaFactory x"N{5
{ g>k"R4
public IMedia CreateMedia() oAnNdo
{ A/bxxB7w
return new RM(); 3HtLD5%Q
} ?(C(9vO
} ioIOyj
//其它工厂略; Drn{ucIs
7!-3jU@m
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。 kzky{0yKk=
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: Fe: M'.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2X];zY
{ 2/*F}w/
IMediaFactory factory = null; |6qxRWT"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) I
JPpF`
{ =O~ J
//音频媒体 sObH#/l`
case ("mp3"): M lv
factory = new MP3Factory(); KOQiX?'
break; 1\'?.
//视频媒体 R1!F mZW8
case ("rm"):
;f]p`!]
3
factory = new RMFactory(); ^A&i$RRO
break; m=saUhI*9
//其他类型略; {"^LUw8fd
} M-#OPj*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6[b?ckvi
player.Play(factory.CreateMedia()); Y 6NoNc]h
} UU7E+4O&
"-y2En
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。 cpIFjb>u{
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: p3m!Iota
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mbf'xGO
{ ;-aF\}D@n
IMediaFactory factory = null; ;8|D4+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sl5y1W/]]
{ -K"" 4SC2
case ("mp3"): }Q }&3m~g
factory = new MP3Factory(); 0XkLWl|k
break; S]Y3nI
//其他类型略; TT85G
case ("rm"): %VV\biO]
factory = new RMFactory(); rNi]|)-ET
break; $ 8"we
//其他类型略; a\K__NCrX
} jY~W*
IMedia media = factory.CreateMedia(); |JUb 1|gi
media.Play(); :Dh\
} j{U#g8
LnwI 7uvq
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。 xJ-(]cO'
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。 0
|/:m
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。 fbl8:c)I
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: qI] PM9
uG5RE
<appSettings> &-S;.}
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> BLepCF38
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 8+7n"6GY2/
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> tQrF A2F
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> .C6wsmQ
</appSettings> k$ya.b<X/
}3b3^f
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: b I%Sq+"}
private void InitMediaType() LTn@OhC
{ nV[0O8p2Md
cbbMediaType.Items.Clear(); : ~RY
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) {6y@;Fd
{ @;6I94Bp
cbbMediaType.Item.Add(key); #5Q?Q~E@
} 9_$i.@L1
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; T%[&[8{8
} YK=o[nPmK
+#B4Z'nT
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ak SUk)}e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) sI/]pgt2
{ \zdY$3z
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;0Vyim)S]
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); rXIFCt8J
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ?k|}\l[X1
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, D2,2Yy5y
factoryDllName).Unwrap(); NcuZw?
IMedia media = factory.CreateMedia(); H'2J! /V
media.Play(); ,qj1"e
} kVqRl%/3Tb
f;PPB@ :`$
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。 p aQ"[w
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: b}f#[* Z
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 j O-H1@;
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!