面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) J_tI]?jrU
c8=@s#
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。 =I6u*$9<
一、传统过程化设计思想 ywl7bU-f
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: g0&Rl
public class MediaPlayer n@e[5f9?x
{ AY~~ a)V
private void PlayMp3() z!0}Kj
{ zB@@Gs>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); OpT0V]k^"9
} 3L5o8?[
Ze:Y"49S+>
private void PlayWav() xdV $dDCT
{ !arTR.b\
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6z2_b wo
} M)T {6w
+'{@Xe}
public void Play(string audioType) EvJ"%:bp
{ Z7@~#)3
switch (audioType.ToLower()) 45DR%cz
{ xn`<g|"#
case ("mp3"): 1$^=M[v
PlayMp3(); puPYM"
break; J@4,@+X
case ("wav"): HbUadPr
PlayWav(); $S(q;Y
break; xSal=a;k
} :87HXz6]jS
} wsg u# as|
} G1`H
H&
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 F87aIJ.pGN
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 wwI'n*Q'$
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! }ippi6b:r
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。 4[$D3,A
二、面向对象设计思想 @U;U0
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! MY$-D+#/`
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: U(t_uc5q
public class MP3 rdY/QvP0=
{ g'Id31r'
public void Play() LmA I vEr
{ 1X45~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); MGGc
} e52y}'L
} .^}
vDA
4CdST3
public class WAV Jjgy;*hM
{ x(UOt;
public void Play() m@W\Pic,j.
{ HxXCxI3
MessageBox.Show("Play the wav file."); k.dQ;v}
}
Ue8k9%qV
} A`
iZ"?
{q}#
Sq
Public class MediaPlayer ji(Y?vhQt
{ w&E*{{otJ
switch (audioType.ToLower()) "~uo4n~H
{ G^ 2a<?Di
case ("mp3"): XM"{"
MP3 m = new MP3(); Gf|qc>j.b
m.Play(); nGdEJ
break; ,cqZb0VP{t
case ("wav"): mI[$c"!BD
WAV w = new WAV(); [Tq\K ^!^
w.Play(); VIi/=mO]
break;
, 7kS#`P
} \;%DDw
} 1D pRm(
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。 t'F_1P^*/
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Wxxnc#;lv
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。 .-(s`2
public class AudioMedia ?R;K`f9<
{ 5%5z@Ka
public void Play() <X{hW^??)
{ f/VrenZ_
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); dLtn,qCX0^
} YyZ>w2_MTi
} 3X,SCG
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)。 =?, dX
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: \s[/{3
public abstract class AudioMedia ]DaC??%w
{ @Q=P6Rz
{S
public abstract void Play(); \>>^eZ
} _#nP->0)
I9 R\)3"
public class MP3:AudioMedia 96&Y
{ *Y@)t*
-a
public override void Play() +-|D$@8S
{ \40d?N#D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); );cu{GY
} =R>%}5
} w<uK-]t
qC%[J:RwF
public class WAV:AudioMedia 6,C,LT2^(
{ P9RIX;A=
public override void Play() ;goR0PN
{ ?xTh}Sky
MessageBox.Show("Play the wav file."); g7|$JevR0
} q hPvU(
,
} V@(7K0
--~m{qmy
public class MediaPlayer l/JE}Eg(
{ zMXlLRC0
//根据需要完成任务的单向分派 l u^fKQ
public void Play(AudioMedia media) 9J$8=UuxWG
{ \:*<En0
media.Play(); #e!4njdM
} &d`z|Gx9
} wK7wu.
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 y,*>+xk,
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 _uR-Z_z
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ~[CtsCiQ
public abstract class VideoMedia {\?zqIM
{ #()u=)
public abstract void Play(); g]z[!&%Ahs
} %>cl0W3x
B~/LAD_
public class RM:VideoMedia WB=pRC@
{ Cyb-}l
public override void Play() H8ws6}C
{ vlD!YNy
MessageBox.Show("Play the rm file."); 9 pGND]tIi
} fCMH<}w
} .=VtMi$n
6PS #Zydb
public class MPEG:VideoMedia Ua@rp3fr
{ o@o6<OP^
public override void Play() (X
rrnoz
{ ~9:ILCfX
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 6!,Am^uXM
} JYbE(&l%de
} oH/4opV
_/W[=c
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。 |vZ\tQ
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: :.-z) C}
PC_#kz
public interface IMedia ? 9.V@+i
{ p<|I!n&9
void Play(); a:oZ5PX=
} z|Hc=AU8y
FA.h?yfr
public abstract class AudioMedia:IMedia Q}J'S5%
{ %0PdN@I
public abstract void Play(); CWVCYm@!kz
} ZwLD7j*)
0.}Um
public abstract class VideoMedia:IMedia n.{+\M6k
{ )U`"3R
public abstract void Play(); VK*2`Z1
} H:X=v+W
>b |TaQ
这样再更改MediaPlayer类的代码: UC,43 z
public class MediaPlayer VOYuog 5o
{ /`3^?zlu"
public void Play(IMedia media) )p-B@5bb
{ 1@nGD<,.
media.Play(); %`%xD>![
} O?8^I<
} {(7D=\eU
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 uv++Kj!
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。 fb5]eec
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。 1Ftl1uf
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) JD^&d~n_
{ :<OInKE>Cx
IMedia media = null; y(K?mtQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !@ml^&hP
{ aW8Bx\q
case ("mp3"): ?-g=Rfpag
media = new MP3(); OQ$77]XtvL
break; Ge+&C RhyX
//其它类型略; ZDZPJp,
case ("rm"): {d\erG(
media = new RM(); ()}B]?
break; 1n! JfsU
//其它类型略; 2kTLj2@o,
} AW8" @
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /3*75
player.Play(media); x@F"ZiYD@O
} G
1{F_
@L%9NqE`O
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 R|T_9/#)
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Gd)@PWK
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 BJ3st
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 29K09 0f
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: td@F%*
public interface IMediaFactory R>"E Xq
{ "
}@QL`
IMedia CreateMedia(); E'=~<&
} @WX]K0$;
kb?QQ\e
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: 4q)eNcs
public class MP3Factory:IMediaFactory VT1W#@`e-
{ q P@4KH}e
public IMedia CreateMedia() DJeP]
{ +]Oq{v:e
return new MP3(); oy!W$ ?6
} W'\{8&:!
} "v-\nAu
//其它工厂略; Bv$;yR
tw8@&8"
public class RMFactory:IMediaFactory [R j=k)aBm
{ <CL0@?*i9
public IMedia CreateMedia() @]Ye36v0#L
{ hu-fwBK
return new RM(); XljiK8q;%
} rUkiwqr~E
} Y%$57,Bu n
//其它工厂略; EA4aZ6%
m,3?*0BMp=
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 >9D=PnHnD
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 1Y410-.3w{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S%b7NK
{ x%ZjGDF m
IMediaFactory factory = null; "sz)~Q'W5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) dL>0"UN}-
{ b0]y$*{j
//音频媒体 H~+D2A
case ("mp3"): "4LYqDe
factory = new MP3Factory(); xtKWh`[&
break; >Qc0g(w
//视频媒体
PA"xb3@I
case ("rm"): u0h {bu
factory = new RMFactory(); 2RKI M(~
break; g% :Q86u
//其他类型略; GmN} +(
} bL+Hw6;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); b/oJ[Vf
player.Play(factory.CreateMedia()); q>w@W:t Z
} #rzq9}9tB
wH[@#UP3l
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。 v\:>}
<gc
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: >Vc_.dR)E
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) : L`
{ KYVB=14
IMediaFactory factory = null; 0@1AH<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) q@P5c
{ 6}2vn5 E//
case ("mp3"): #KZ- "$
factory = new MP3Factory(); J0w[vrs&]
break; 3A]Y=gfa
//其他类型略; \`r5tQ r
case ("rm"): GiB3.%R`
factory = new RMFactory(); a3
wUB
break; E0}`+x
//其他类型略; [i.2lt#]
}
N\DEY]
IMedia media = factory.CreateMedia(); GAbX.9[V
media.Play(); v')Fq[H
} }4Lv-9s,
$k*E^~qT
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 !l@IG C
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 YY]JjMkU
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 {) 4D1
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: :{%6<j
O'U0Y8HN
<appSettings> 2t\a/QE)E
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 3> -/sii
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> V{;Mh
u`+
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> |~k=:sSz{
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> [zIX&fPk$
</appSettings> * 4GJ<
qX`?4"4
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: 4p&qH igG
private void InitMediaType() }u5;YNmXxF
{ #\iQ`Q<B
cbbMediaType.Items.Clear(); u&".kk
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) |vA3+kG
{ ~\}%6W[2
cbbMediaType.Item.Add(key); S0 M-$
} ^]^Y~$u
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; nX<!n\J T
} n NZq`M
$zbm!._~DA
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: <WtX>
\]l(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cnC&=6=a<
{ S #%'Vrp
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); cC1nC76[
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Qs8iu`'
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; MOP
%vS
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, "EF:+gi#"
factoryDllName).Unwrap(); Z<K[
IMedia media = factory.CreateMedia(); &G5+bUF,
media.Play(); )7c\wAs
} J6_Hlt
8vz9o <I
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。 ~d?7\:n
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-6mRB
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Fe%Q8RIh_
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!