面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ~(]'ah,
<vd}oiB@
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。 J3hhh(
一、传统过程化设计思想 6W9lKD_i
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: \ESNfL5
public class MediaPlayer 3{M0iNc1
{ Lw`}o` D
private void PlayMp3() UaBNoD
{ >N"=10
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); s){R/2O3F
} @ 1FWBH~
zz #IY'dwT
private void PlayWav() !eP0b~$/^J
{ GW2v&Ul7(
MessageBox.Show("Play the wav file."); j43i:c;F
} b6g/SIae
]F #0to
public void Play(string audioType) !}q@O-}j
{ \O)u' Bu
switch (audioType.ToLower()) 4%7Oaf>9
{ d>wG6Z, |
case ("mp3"): q#`;G,rs
PlayMp3(); eBqF@'DQ
break; (I;lE*>
case ("wav"): 2[Xe:)d
PlayWav(); F6"Qs FG
break; `+(4t4@ew
} 0oo_m6ie&
} RQ,X0pS
} a>S-50
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 SDO~g ~NTp
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 H%;pPkIi
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 1~vv<`-
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 B RtT 7
二、面向对象设计思想 :AyZe7:(D
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! Tvw(Sq};
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: D!D}mPi[
public class MP3 >Sm#-4B-
{ Pz-=Eq
public void Play() yn04[PN2
{ j&0t!f.Rv
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); a]4|XJ_
} Hr/J6kyB)
}
PRK*7-(
\{1Vjo
public class WAV m^4O jik
{ kv`5"pa7M
public void Play() uN6xOq/
{ M B,Z4 ^
MessageBox.Show("Play the wav file."); %Gm4,+8P3o
} >2tosxH M
} D 66!C{
%j ?7O00@
Public class MediaPlayer +N!/>w]n
{ >|JMvbje
switch (audioType.ToLower()) #}xPOz7:
{ "H}ae7@
case ("mp3"): QM'>)!8
MP3 m = new MP3(); s$VLVT*6
m.Play(); ,@t#)HV
break; <@=w4\5j9
case ("wav"): Zh_P
WAV w = new WAV(); T4}q%%7l
w.Play(); u!cA_,
break; e{d$OzT) V
} 6
i]B8Ziq{
} JDB Ni+t
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 92L{be;SY
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) :N>s#{+"3
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Fr9_!f
public class AudioMedia KT8]/T`U
{ H$]FUv8
public void Play() uB35CRd
{ U
KdCG.E9^
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ~ph>?xuw
} xiQ;lE
} SL>0 _
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)。 j~Ubpf
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: a5%IjgQ&z
public abstract class AudioMedia z>W'Ra6
{ u/L\e.4
public abstract void Play(); z=VL|Du1OT
} >"+bL6#
Sc&p*G
public class MP3:AudioMedia -j"2rIl4#
{ u\|Ys
public override void Play() PQ[x A*
{ KR/SMwy
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); )wz3m L
} :[7.YQ
} X7&
^"|:
_M7NL^B&
public class WAV:AudioMedia `?:X-dh_
{ /|{~GD +A&
public override void Play() Tof H=d
{ uSK<{UT~3
MessageBox.Show("Play the wav file."); *>p#/'_E
} {F+iL&e)
} fQOh%i9n5
zAdZXa[MRY
public class MediaPlayer ?AJE*=b
{ /*5lO;!s{
//根据需要完成任务的单向分派 j#)K/`
public void Play(AudioMedia media) ]QAMCu(>
{ Acib<Mi2!-
media.Play(); q%A.)1<'_
} A&6qt
}
S^4T#/
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)。 \@HsMV2+zN
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。 rb@{ir
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: <:UP
public abstract class VideoMedia F[5\
x0
{ JgY#W1>
public abstract void Play(); <rpXhcR
}
Gt;59}
k3B-;%3I;
public class RM:VideoMedia {y
k0Zef_
{ c*#*8R9.y
public override void Play() u$?t |Ll
{ coQ>CbHg
MessageBox.Show("Play the rm file."); dLnMd0
} O}IRM|r"
} z(&~O;;N#
k3wAbGp
public class MPEG:VideoMedia J<'I.KZ\z
{ L4L[@tMPmY
public override void Play()
hO@VYO
{ e2PM^1{_
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); lP:ll])p2
} evBr{oi@
} =whYo?cE(
NJ{M-K%>
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 5==}8<$
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: i>`!W|=_
%!i|"FNc
public interface IMedia D8''q%
{ o@&dd
NO
void Play(); KLn.vA.
} 3M[b)At V.
eJ23$VM+9
public abstract class AudioMedia:IMedia _#8OHG.x
{ A#6\5u
public abstract void Play(); cKKl\g@}
} tM$w0Cj
+w ]KK6
public abstract class VideoMedia:IMedia
jo_wBJKE
{ 1/H9(2{L
public abstract void Play(); hi30|^l-
} PnKgUJoa0
Dr!g$,9
这样再更改MediaPlayer类的代码: sX~
`Vn&
public class MediaPlayer ,' m<YTF
{ >; A7mi/
public void Play(IMedia media) H?(I-vO
{ ;x=kJ@
media.Play();
{|kEGq~aE
} ;m+*R/
} jxU z-U-
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 h8Bs=T
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 )lo;y~ o
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 x]Nk T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
}?
W[D
{ 6jKZ.S+s)
IMedia media = null; Nx8~Rn
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O7_u9lz2
{ Whd2mKwiO
case ("mp3"): 1$*ZN4
media = new MP3(); <=D\Ckmb
break; &C.{7ZNt
//其它类型略; nYcj6?
case ("rm"): BP6|^Q
media = new RM(); 8pQx6QE
break; KL8G2"Z
//其它类型略; l1&NU'WW
} .^fVm
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @nuMl5C-`
player.Play(media); BJ0P1vh6M
} %V +hm5Q
u]W$'MyY
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 e-Xr^@M*Q
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。 SpM|b5c5
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。 xIN&>D'|N
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。 V6:S<A
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: \lJCBb+k
public interface IMediaFactory pQGlg[i2/
{ g9A8b(>F&@
IMedia CreateMedia(); (V:z7
} zPonG
d1
|L@&plyB-
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: (Q_J{[F
public class MP3Factory:IMediaFactory e;M#MkP7
{ :7,j%ELic
public IMedia CreateMedia() KlMSkdmW
{ B# >7;xy>
return new MP3(); 4@iMGYR9!s
} " vW4"R6
} Z%Kkh2-uh
//其它工厂略; <sALA~p|0
gQ< >S
public class RMFactory:IMediaFactory fEdp^oVg
{ lUL6L4m
public IMedia CreateMedia() 3Kx&+
{ kB2]Z}
return new RM(); hU3!
} 5^,"Ve|
} /IO<TF(X
//其它工厂略; ftr8~*]O
,P%a0\
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。
}T)0:DF1,
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: Oc
Gg'R7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) LpQ=Y]{j
{ X,]E {
IMediaFactory factory = null; 5~,/VV
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]4uY<9VL
{ agbG) t0
//音频媒体 1}7Q2Ad w
case ("mp3"): !Ojf9 6is
factory = new MP3Factory(); :t7M'BSm2z
break; c %jW'
//视频媒体 sp-){k
case ("rm"): 1edeV48{:
factory = new RMFactory(); U.$7=Zl8t
break; ?;bsg9
//其他类型略; wNfWHaH" m
} %KkMWl&:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); {o."T/?d'
player.Play(factory.CreateMedia()); nlq"OzcH04
} @VzD>?)
2C@ui728
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 <Z>p1S
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: x%Fy1.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'm4v)w<y#
{ CJ~gE"
IMediaFactory factory = null; 38gHM9T
xh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) yP~O C|Z
{ 7 {n>0@_
case ("mp3"): x1O]@Z{d\
factory = new MP3Factory(); Edp%z"J;C
break; e8Y;~OAj[
//其他类型略; |Ok=aV7
case ("rm"): O$K?2-
factory = new RMFactory(); NbyXi3@v
break; K:JM*4W
//其他类型略; b~u53
} gK6_vS4K)
IMedia media = factory.CreateMedia(); (QFu``ae+
media.Play(); :~ ; 48m
} 9R1S20O
UWPzRk#s"
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。 t*Xo@KA
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。 yQ/E0>Uj!
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。 7_^JgA|Kk7
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: X%lk] &2
OngUZMgdb
<appSettings> AB0>|.
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> jg3X6 /'
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]tnf<5x
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> iuGly~
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> vyXL F'L
</appSettings> TEEt]R-y
\:pd+8
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: <AN=@`+
private void InitMediaType() -nL!#R{e
{ _C&XwCIm
cbbMediaType.Items.Clear(); Frd` u.I
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) f8vWN
{ >713H!uj
cbbMediaType.Item.Add(key); Ts c2;I
} a*3h|b<
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; "NOll:5"(
} /@xL {
}48o{\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ~]S%b3>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YX,xC-37y
{ 47yzI-1H+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); \*i[m&3;q
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); eZ`x[g%1
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; SYaL@54
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Cu-z`.#}R
factoryDllName).Unwrap(); *m.4)2u=
IMedia media = factory.CreateMedia(); v_L?n7c
media.Play(); 7Pp~)Kq=
} K=Y{iHn
>@+ r|
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。 C[2LP$6*/
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: ,Z aPY
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 XMi)PXs$
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!