面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) u&d v[
|b'<XQ&l5
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。 +SA<0l
一、传统过程化设计思想 |7Xpb
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: v!RB(T3
public class MediaPlayer UVBw;V
{ hIO4%RQj_
private void PlayMp3() U` nS` p
{ |e-+xX|;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K9N0kBJ0<
} 4FHX#`
AGJ=de.
private void PlayWav() 8.%a"sxr
{ cA*X$j6
MessageBox.Show("Play the wav file."); q(PT'z
} >A(?P n{|a
qT>&
v_<
public void Play(string audioType) DdS3<3]A
{ !e\R;bYM
switch (audioType.ToLower()) `~+a=Q
{ KjfKo;T
case ("mp3"): 89- 8v^ Pq
PlayMp3(); U;Y}2
break; FZ.z'3I
case ("wav"): Q.E^9giC
PlayWav(); JHh9> .1
break; E0B2>V
} *Qwhi&k
} eKFc
W5O
} s1vYZ
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。 "JLhOTPaHf
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。 . N} }cJq
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! DHNii_w4v
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。 Yl~?MOk
二、面向对象设计思想 [W\atmd"
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! <9.7 gwzE
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: I
3,e)Z
public class MP3 I4X+'fW,
{ #\S$$gP
public void Play() Rpd/9x.)&
{ B|$13dHfa
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (tLQX~Ur
} =y]b|"s~2
} 3$y L+%i
2bxMIr
public class WAV ?BvI/H5d
{ ` +UMZc
public void Play() jz7ltoP
{ =&/a\z!
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~teW1lMu(
} v]SE?xF{U
} >MY.Fr#.m
yB{o_1tc
Public class MediaPlayer 2(J tD
{ v!hs~DnUZ
switch (audioType.ToLower()) 6 |qvo+%
{ z\d2T%^:g(
case ("mp3"): \'=}kk`
MP3 m = new MP3(); pyJOEL]1F
m.Play(); m_I$"ge
break; {^MAdC_
case ("wav"): xKzFrP;/{
WAV w = new WAV(); (NN14
w.Play(); t%B!\]
break; ZDJWd=E
} E!l1a5qB
} 5GL+j%7
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-?9;w'@
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) b<78K5'
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。 gO!h<1 !
public class AudioMedia na:^7:I
{ gH)B`
@
public void Play() $uB(@Ft.
{ N;pr:
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 7[0k5-
} [E1|jcmQ
} o"M^sKz47
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)。 :I(gz~u6
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: kzpbs?<;
public abstract class AudioMedia w=o m7%J@l
{ lG#&1
public abstract void Play(); &'\+Z
} 7]zZha4X
^O*hs%eO%
public class MP3:AudioMedia >&Q. .`q
{ 'X<uG
x
public override void Play() me^Gk/`Em
{ =8_TOvSJ4p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); M=_CqK*
} i>zyn-CuW
} ;#yz i2f
&bu`\|V
public class WAV:AudioMedia Lb 4!N`l
{ j=>Gfo
public override void Play() C,u.!g;lm
{ #eyx
MessageBox.Show("Play the wav file."); /2cOZ1G;
} (oEA)yc|
} Xrn~]P7
_>64XUZ<n
public class MediaPlayer >[=`{B
{ -~ Q3T9+
//根据需要完成任务的单向分派 n\9*B##
public void Play(AudioMedia media) $dw;Kj'\
{ >i E
media.Play(); R.;59s
} ')RK(I
} GssoT<Y)Z
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 g'E^@1{
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 h,G$e|[?
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: IYN`q'%|
public abstract class VideoMedia "&F/'';0}E
{ 2c]O Mtk
public abstract void Play(); j)Gr@F>
} ccAEN
+.St"f/1
public class RM:VideoMedia 7lu;lAAP
{ H;`@SJBf
public override void Play() GvY8O|a
{ _`58G#z
MessageBox.Show("Play the rm file."); {S!~pn&^Y
} T^t`Hp
} NunT2JP.
uc8>B&B%
public class MPEG:VideoMedia HtlXbzN%)
{ lom4z\6
public override void Play() akoI LX~u
{ 59u7q(
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); c\opPhJ!0
} 4 @h6|=
} $MHc4FE[
$2 0*&4y^
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 M:N>{_1&
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: UPsh Y
:T2K\@
public interface IMedia oT w1w
{ O"GzeEY7
void Play(); ZN^Q!v
} EBm\rM8
w *0T"hK
public abstract class AudioMedia:IMedia U*t`hn-xs
{ f,*e?9@;s
public abstract void Play(); y|ZJ-[qg
} = 8n*%NC
^z1WPI
public abstract class VideoMedia:IMedia Bvwk6NBN
{ ;2^=#7I?
public abstract void Play(); ;(A'XA4
6N
} eZHi6v)i
[z?XVl<
这样再更改MediaPlayer类的代码: }v{F9dv
public class MediaPlayer ~ lS3+H
{ 4CqZvdC
public void Play(IMedia media) |<S9nZg%p
{ \y=,=;yv
media.Play(); 'ga@=;Wj
} VrDv d
} tfsG
P]9$
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _ h#G-
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。 =+u$ZZ0+]o
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 PGJ?=qXr#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?mMd6U&J
{ 8d]=
+n!
IMedia media = null; 7dLPy[8";t
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) F4@h}T5)
{ rv^j&X+EH
case ("mp3"): 5 p750`n
media = new MP3(); 5D'8 l@7
break; N$.''D?7D
//其它类型略; 3Vhm$y%Td
case ("rm"): jjs-[g'}
media = new RM(); UJQ!~g.y]
break; 0tA+11Iu
//其它类型略; /dCZoz~~T
}
o]
=
&
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 2o,%O91p
player.Play(media); V&gUxS]*
} -.xs=NwB.|
HYtkSsXLN
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 B}:[~R'
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 4Vt YR
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 LJT+tb?K
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。
N3E=t#n
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: [z?q-$#
public interface IMediaFactory idV4hMF9
{ {&3n{XrF(
IMedia CreateMedia(); `w&|~xT
} *@/!h2
m]V5}-?al
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: !Y5O3^I=u
public class MP3Factory:IMediaFactory m'Wz0b^BO
{ 8c#u"qF
public IMedia CreateMedia() ybfNG@N*
{ &B[$l`1
return new MP3(); %c[by
} Lt_7pb%
} Y6V56pOS
//其它工厂略; 2@=JIMtc
a(bgPkPP
public class RMFactory:IMediaFactory "= HCP,
{ :H6Ipa
public IMedia CreateMedia() <V9L
AWeS
{ 9Y~A2C
return new RM(); <s
$~h
} d!8`}L:=M
} ]XU?Wg
//其它工厂略; ;/$zBr`'
z!eY=G'
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。 faThXq8B
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: gVk_<;s
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +oeO0
{ w$pBACX
IMediaFactory factory = null; [CJ&Yz Ji
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0IxXhu6v
{ @2]_jW
//音频媒体 z>hA1*Ti
case ("mp3"):
|G{TA
factory = new MP3Factory(); kE=}.
break; ^b'|`R+~}
//视频媒体 we!}"'E;
case ("rm"): R9~%ORI#;
factory = new RMFactory(); ?HttqK)
break; JZ'`.yK:
//其他类型略; MJb!+E+
} Uk5jZ|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )9,9yd~SI
player.Play(factory.CreateMedia()); GAV|x]R
} Ydh]EO0'
36e!je
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。 #"=_GA^.{
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: "^yTH/m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g*TAaUs|n
{ 6;k#|-GU&
IMediaFactory factory = null; hC=9%u{r?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 94LFElE3
{ '*|Wi}0R
case ("mp3"): 4l560Fb'U
factory = new MP3Factory(); j!xt&t4D
break; ul1#_xp
//其他类型略; t L}i%7
case ("rm"): Rcfh*"k
factory = new RMFactory(); Oe5=2~4O
break; !0{":4\
//其他类型略; ?dY}xE
} 9U^jsb<St>
IMedia media = factory.CreateMedia(); aj85vON1`
media.Play(); e}D#vPaSY
} .-Ggvw
H[BY(a@c
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。 cK"b0K/M?B
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。 #/\5a;Elc
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。 E80C0Q+V
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: HI*xk
s8Xort&
<appSettings> FE,&_J"
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> $_%yr
~2
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> MS)(\&N
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 1$]4g/":o
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> a`|&rggN
</appSettings> icOh/G=N;
K\v1o
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: 8&\<p7}=h
private void InitMediaType() 1-!u=]JDE
{ v `9IS+Z
cbbMediaType.Items.Clear(); (hEqh
nnm`
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) iqW
T<WY
{ Pfj{TT.#L
cbbMediaType.Item.Add(key); f$[6]7P
} pj4M|'F7
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; D7T(B=S6
} ^N KB
:80!-F*\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: HdQd =q(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `VM@-;@w
{ <iDqt5)N
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Q[O[,Rk
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); #Y6'Q8gf
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; u|t<f`ze
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ]U.1z
factoryDllName).Unwrap(); t=J WD2
IMedia media = factory.CreateMedia(); >jMq-#*4
media.Play(); k \rzvo=U
} /2Q@M>
]"Z*Hq
z
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。 UT!gAU
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: AdMA|!|:hc
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 tp"dho
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!