面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 0r@rXwz
6v1j*'
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。 FX'W%_f,
一、传统过程化设计思想 Nn^el'S'
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: PF+`3
public class MediaPlayer q8p 'bibY
{ ;J_d%
private void PlayMp3() J)(pGS@
{ B[*i}k%i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Fl
O%OD
} ?oF@q :W
4x3`dvfp/
private void PlayWav() [IYs4Y5
{ HsXFglQ
MessageBox.Show("Play the wav file."); !F%dE!
} gi`ZFq@
+I')>6
public void Play(string audioType) B U)4g[4
{ HgMDw/D(
switch (audioType.ToLower()) 6?`py}:
{ $51#xe
case ("mp3"): ^=@%@mR/[C
PlayMp3(); EUNG&U
break; 9fV 57
case ("wav"): m:H )b{
PlayWav(); (2{1m#o
break; >!wwXhH(
} N$3F4b%+
} [m"X*ZF
} )HmpVH
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 }skXh_Vu4
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 leiza?[
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! {4I sz-P
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 O
8fh'6
二、面向对象设计思想 |ST&,a$(
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! =]"PSY7p
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: abF_i#
public class MP3 M"J$c42
{ bySw#h_
public void Play() aJfW75C
{ sI.Ezuw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q'rG' |
} ugL$W@
} rN*4Y
yb]a p
public class WAV O[m+5+
{ fu|I(^NV
public void Play() e]5QqM7
{ e5AiIVlv
MessageBox.Show("Play the wav file."); %>s y`c
} ]02V,'x
} ._nhW*
}X`K3sk2/z
Public class MediaPlayer R"tLu/S n
{ F!Uk `[L
switch (audioType.ToLower()) *
5j iC
{ c-3? D;
case ("mp3"): /!LfEO
MP3 m = new MP3(); B EY}mR]
m.Play();
AKHi$Bk
break; s*Fmu7o43
case ("wav"): 2yN~[,L
WAV w = new WAV(); ,,6e }o6
w.Play(); /1^%32c
break; [k.<x'#
} v3[
2!UXq
} 7N:,F9V<
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 @Pa ;h
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) y)=Xo7j
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 \:Nbl<9(9
public class AudioMedia [3\}Ca1
{ ul:jn]S*
public void Play() m*(8I=]q
{ ed617J
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); e06r5%|.%
} uh GL1{
} Vdjca:`
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 f6z[k_lLN
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: O/FQ'o1F
public abstract class AudioMedia sqkPC_;A
{ K/08F|]a
public abstract void Play(); toP7b
} zIlQqyOQ8
m7d? SU
public class MP3:AudioMedia (l$bA_F\
{ VbZZ=q=Kd
public override void Play() :*\JJ w
{ ?{+}gS^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1_F2{n:yp
} MN#\P1
} fghJj@ES
,Z3.Le"
public class WAV:AudioMedia "d{ |_Cf
{ >`t
|a
public override void Play() jirxzj
{ `M|fwlAJQ
MessageBox.Show("Play the wav file."); C`DTPoXN
} `"
} 9]|cs
@ Gl=1
public class MediaPlayer <Nkj)`%5iK
{ T[c;},
//根据需要完成任务的单向分派 eO*FoN
public void Play(AudioMedia media) p-;*K(#X
{ "zYlddh
media.Play(); \[Q,>{^
} -l^ u1z
} oo<,hOv
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)。 Bl(we/r
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。 w%`7,du|
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: ?a(ApD\
public abstract class VideoMedia `Up3p24
{ $_NVy>\&
public abstract void Play(); Z~v.!j0
} pWeKN`
l].dOso$`
public class RM:VideoMedia O,hT<
s "
{ VBy=X\w]
public override void Play() {wK98 >$a
{ {&m^*YN/
MessageBox.Show("Play the rm file."); 3Ju<jXoo!
} Z}WMpp^r
} eAPGy-
JH5ckgdZ
public class MPEG:VideoMedia =r#of|`Q
{ \y{C>!WX4
public override void Play() @/7tN3O
{ va| 1N/&
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); LG@5Z-
} r
5:DIA!
} /wKL"M-%
lorjMS
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 U+URj <)
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: fgq#Oi}
L`tr7EEr
public interface IMedia [>v.#:YM^
{ %r?Y!=0
void Play(); 7]62=p2R
} `!
AYfW}V"
public abstract class AudioMedia:IMedia 7<=xc'*8t
{ Il,2^54q
public abstract void Play(); Qv|A^%Ub!
} 7$Jb"s
R8sj>.I9j
public abstract class VideoMedia:IMedia zXIVHC,"{
{ bU7n1pzW,o
public abstract void Play(); I^emH+!MW
} ( hp 52Vse
!Qy%sY
这样再更改MediaPlayer类的代码: r".*l?=
public class MediaPlayer =#
<!s!
{ >;LXy
public void Play(IMedia media) K)QMxn
{ scT,yNV
media.Play(); W9+H/T7!
} p
D-k<8|
} \oA>%+]5
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 8KiG(6*Q
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。 Cjc>0)f&.
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。 jJml[iC
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2<q>]G-nN
{ clV3x`z
IMedia media = null; H`d595<=i;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zk#"n&u0
{ G)t_;iNL|
case ("mp3"): P;4Y%Dq~Qo
media = new MP3(); 0n<>X&X
break; mE\sD<b
//其它类型略; D<U^FT
case ("rm"): )31{.c/
media = new RM(); /N '0@q
break; iI.pxo
s
//其它类型略; |qm_ESzl
} Xt}
4B#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); H{hd1
player.Play(media); $lVR6|n
} t/%{R.1MN
,a
2(h
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 g\%;b3"#
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 PDQEI55
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 /<C}v~r
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ut
j7"{'k|
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Fj;];1nt
public interface IMediaFactory CiF(
{ \no6]xN;
IMedia CreateMedia(); RGg=dN
} [`J91=
lDsT?yHS`Z
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: nQ*9E|Vx
public class MP3Factory:IMediaFactory O2{~Q{p
{ ddK\q!0
public IMedia CreateMedia() v'RpsCov
{ w2X0.2)P2
return new MP3(); /{Mo'.=Z
} f.)z_RyGd
} Jt++3]
//其它工厂略; LuW>8K\
yxk:5L \A
public class RMFactory:IMediaFactory =
y@*vl
{ RG&t0%yj}
public IMedia CreateMedia() ]w,:T/Z}
{ !WSY75
return new RM(); *Ri\7CqU"6
} T3wQ Rn
} R`5g#
//其它工厂略; d?ru8
`D-P}hDm!
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 2JdzeJb
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: S@Iza9\|@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) A>\5fO
{ 4t
5i9+h
IMediaFactory factory = null; |VX )S!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &u+l`F^Z
{ VdL*"i
//音频媒体 ~ECIL7,
case ("mp3"): =e)t,YVm
factory = new MP3Factory(); pq"Z,9,F%
break; zEVQ[y6BcM
//视频媒体 zsM2R"[X
case ("rm"): %8O1sF
factory = new RMFactory(); W{RZ@3ZY
break; HOaNhJ{7D
//其他类型略; Y5{KtW
} O*7vmPy
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6,;dU-A +
player.Play(factory.CreateMedia()); `.z"Q%uz
} \OJam<hZ
.} O@<t
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 8$F"!dc _
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: I1pnF61U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,B~5;/|
{ 57wHo[CJ
IMediaFactory factory = null; 'aWqj+Wbh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) **V8a-@
{ n!dXjInV
case ("mp3"): yJK:4af;.
factory = new MP3Factory(); u{- @,-{
break; m#Ydq(0+
//其他类型略; @cr/&
case ("rm"): O llS
factory = new RMFactory(); S,Z~-j
break; 29AE B
//其他类型略; 2$OV`qy@?
} tzShds
IMedia media = factory.CreateMedia(); :5sjF:@
media.Play(); g#k@R'7E
} \ 5.nr*5
)n6,uTlOw
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 u`CHM:<<?
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 <z#.J]
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 z]2MR2W@X
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: Oq^t[X'
]]o?!NX
<appSettings> Kf-XL),3l
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> o|$r;<o3R
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> RNF%i~nhO
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> &S=Qu?H
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 2`^6``
</appSettings> gR+P!Eow
Mkh/+f4
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: ;hPVe_/
private void InitMediaType() hg%iv%1B'
{ 8J#x B
cbbMediaType.Items.Clear(); 0&u=(;Dr\
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) bY-koJo
{ d"yJ0F
cbbMediaType.Item.Add(key); K?nQsT;3p
} @d5$OpL$%
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; J&Db-
} RBz"1hRo`
.i {yW
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 2TG2<wqvE
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &pf"35ll
{ 6oa>\PDy
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); G4U0|^(h
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 2Wg:eh
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; <BIQc,)2}
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Q;N)$Xx
factoryDllName).Unwrap(); :t9sAD
IMedia media = factory.CreateMedia(); k`#E#1niN
media.Play(); |$;4/cKfy
} w/^_w5
b*W,8HF 4,
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。 7;c^*"Ud
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: a"i(.(9$J
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 9@ 4]t6h[
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!