面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) fj4^VXD
ACjf\4Q
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。 b>~RSO*
一、传统过程化设计思想 2 [!Mx&^
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: HXJ9xkrr
public class MediaPlayer f]d!hz!
{ !Zbesp KZ
private void PlayMp3() d
`j?7Z
{ );
6,H.v
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _1jw=5^P\i
} 8,o17}NY,
{@r*+~C3
private void PlayWav() "]t>ZT:OJ
{ agd)ag4"[u
MessageBox.Show("Play the wav file."); qi+&|80T.
} 16@);Ot
bj"z8 kP
public void Play(string audioType) 2[dIOb4b
{ aQcN&UA@
switch (audioType.ToLower()) $Kq<W{H3ut
{ ,.g}W~S)
case ("mp3"): Q-zdJt
PlayMp3(); >$F:*lO
break; +zRh
fIJHH
case ("wav"): V2yveNz\7
PlayWav(); ;o$;Z4:.D
break; 4^Ow^7N?
} 8mgQu]>
} 4YJ=q% G
} aed+C:N
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ygvzdYd
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 p,n\__
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 3$"/>g/
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。 _@E "7<\
二、面向对象设计思想 V_;9TC
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! Q#WE|,a
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: 3
Lje<KzL
public class MP3 w3#`1T`N
{
#[ :w
public void Play() s#lto0b"8
{ 'XTs
-=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); iMWW%@U^=
} m4gU*?
} 8U^D(jrz
Lp~^*j(
public class WAV l(Cf7o!
{ \|Qb[{<:,
public void Play() 8D2yR#3
{ G&o64W;-s
MessageBox.Show("Play the wav file."); lcig7%
} M5Wl3tZL
} <bdyAUeFw
Wg(bD,
Public class MediaPlayer &r:m&?!|VQ
{ Qcgu`]7}
switch (audioType.ToLower()) bm}+}CJ@#0
{ & z gPN8u
case ("mp3"): sPpS~wk*
MP3 m = new MP3(); %FlA":W
m.Play(); QV/";A3k
break; =xBT>h;
case ("wav"): J" bD\%
WAV w = new WAV(); vfXJYw+6_
w.Play(); =yh3Nd:u
break; QSmJ`Bm
} x(vai1CrdH
} !
o^Ic`FhS
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。 \ 522,n`
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) -,/3"}<^78
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。 L *{QjH
public class AudioMedia `r]TA]DR
{ eKJ:?Lxv;
public void Play() fM{1Os
{ gV.f*E1C
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 1uC;$Aj6:
} #gI&lO*\gr
} IM$0#2\
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 WQ.i$ID/
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: A:c]1
public abstract class AudioMedia |1i]L @&
{ xDLMPo&
public abstract void Play(); !^1[ s@1
} ,$BgR2^
#~1wv^
public class MP3:AudioMedia (s Jq;Z
{ vu ?3$
public override void Play() *) }
:l
{ R|H[lbw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y.9~Bo<<r
} yP%o0n/"x
} 9iK&f\#5H
94+/wzWvi
public class WAV:AudioMedia ,wlbIl~
{ pEkOSG
public override void Play() a!?.F_T9A
{ T aEt
MessageBox.Show("Play the wav file."); v}f&q!
} [5!'ykZ
} v#-E~;CcC
$mD>rx
public class MediaPlayer 2pjW,I!`
{ m'SmN{(t
//根据需要完成任务的单向分派 /4^G34
public void Play(AudioMedia media) >j)
w\i
{ FXeV6zfrE
media.Play(); m]1!-`(*
} fPOEVmj<
} {:3.27jQ
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 R|$[U
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。 XL&hs+Y
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: VkWO}
public abstract class VideoMedia [\88@B=jXP
{ QP+c?ct}hF
public abstract void Play(); 6mi$.'
qP
} T^N L:78
)F
+nSV;
public class RM:VideoMedia ,7t3>9-M"
{ ,zG <7~m
public override void Play() Q5hb0O%a
{ Ew>~a8!Fq
MessageBox.Show("Play the rm file."); ~c!Rx'
} <8g=BWA
} ^g70AqUc
wInY7uBd!
public class MPEG:VideoMedia Zo'/^S
{ m;1'u;
public override void Play() I Jqv w
{ gH5CB%)
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Xm%iPrl D
} B'<!k7Ewy
} )\D2\1e(c
DgC3>
yL
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 ]NbX`'
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: E]\D>[0O
Z@;jIH4 (
public interface IMedia 7[4_+Q:}
{ BXNI(7xi
void Play(); HE*7\"9
} +:fqL
,tcP=fdk]
public abstract class AudioMedia:IMedia 7WgIhQ~
{ JL?Cnk$!
public abstract void Play(); Tt{U"EFO
} &fCP2]hj'
-l\~p4U
public abstract class VideoMedia:IMedia fS5GICx8R
{ bK!,Pc<
public abstract void Play(); :!(YEF#}
} N[0
xqQ
S&5Q~}{,
这样再更改MediaPlayer类的代码: L[CU
public class MediaPlayer AGl|>f)
{ ;,<r|.6U
public void Play(IMedia media) I/mvQxp
{ j#7wyi5q
media.Play(); m$7x#8gF
} kuWK/6l4
} c:3@[nF~
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 wy,Jw3
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。 f<g>dQlE
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。 l. XknF
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \R6;Fef
{ _Wm(/ +G_|
IMedia media = null; p.@0=)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mGt\7&`
{ 0q:(-z\S4
case ("mp3"): !S~,>,yd
media = new MP3(); }5fU7&jA;3
break; 0\?_lT2
//其它类型略; 8T8pAs0
p
case ("rm"): LN@lrC7X
media = new RM(); ]jHgo](%
break; fn1 ?Qp|
//其它类型略; L{cK^ ,
} 8W19#?7>B
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); !T<z'zZU
player.Play(media); +L^A:}L(
} pi^^L@@d
?l6>6a7
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HF*j`}
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。 }s`jl``PM
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_;HaQiu
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。 &Pmc"9Rl
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: :*mA,2s
public interface IMediaFactory
80{#bb
{ P]!LN\[
IMedia CreateMedia(); k)N2 +/
} y3&Tv
a"`g"ZRx
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: =giM@MV
public class MP3Factory:IMediaFactory [ea6dv4p
{ S% JNxT7'
public IMedia CreateMedia() XX]5T`D
{ t`
}20=I+
return new MP3(); }u(d'9u
} )z]q"s5 Y
} anHBySI3
//其它工厂略; B'G*y2UnG
91-P)%?
public class RMFactory:IMediaFactory 3v9gb,)y\
{ 5en
[)3E
public IMedia CreateMedia() Y0/jH2 n
{ '#cT4_D^lI
return new RM(); qPFG+~\c
} ~[d=s
} #JJp:S~`
//其它工厂略; "/4s8.dw+u
!A'`uf4u
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。 F<PWBs%
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: p/\$P=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6.
+[
z
{ dD/29b(
IMediaFactory factory = null; c8k6(#\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jjS{q,bo
{ 2x<Qt2"
//音频媒体 iF#}t(CrH
case ("mp3"): %\(y8QV
factory = new MP3Factory(); $I}Hk^X
break; \3n{w
//视频媒体 68&6J's;
case ("rm"): {V]Qwz)1
factory = new RMFactory(); %{N$1ht^
break; (ybtXoQs
//其他类型略; ?)Czl4J
} V e$5w}a4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }}sRTW
player.Play(factory.CreateMedia()); 877EKvsiC
} +E q~X=x
"Cyo<|
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。 @yU!sE:
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:
wzHjEW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `_ J^g&y~
{ y~]IVl"
IMediaFactory factory = null; Y^c,mK^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !^>LOH>j
{ #q~3c;ec
case ("mp3"): *O(/UVuD\
factory = new MP3Factory(); 9I`Mm}v@
break; s3MMICRT.
//其他类型略; E]u'MX
case ("rm"): gCk y(4
factory = new RMFactory(); dbMu6Bm\G
break; X YNUss
//其他类型略; RAg|V:/M
} [}9XHhY1O=
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9Th32}H
media.Play(); /c_kj2& ]9
} i">z8?qF
g9([3pV,
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。 e~t}z_>F
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。 }QWTPRn
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。 L!8 -:)0b
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: qSpa4W[
6uCk0
B|
<appSettings> Kbz7
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> z~}StCH(
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> =XacG}_
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> M k'n~.mb
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> GqIvvnw@f
</appSettings> _M"$5
T
8H3!; ]
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: g6@N PQ
private void InitMediaType() 7G>0,'XC
{ os(Jr!p_=
cbbMediaType.Items.Clear(); r.a9W?(E
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Cb@S </b
{ _} X`t8L h
cbbMediaType.Item.Add(key);
_A)_K;cz
} < ;%q
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 4ye`;hXy
} Hz3 S^o7
U&w5&W{F}
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 6XOpB^@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -9H!j4]T?
{ 3'sWlhf;
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); AG$-U2ap
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ,s yA()
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ;8;~C"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, <_sT]?N#
factoryDllName).Unwrap(); *nsnX/e(-
IMedia media = factory.CreateMedia(); 2LxVt@_R!%
media.Play(); ~kj(s>xP
} vY0V{u?J
o.
V0iS]
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。 )Py+jc.
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: E9Xk8w'+
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 r;%zGF p
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!