面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Y,WuBH
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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。 6I1,:nLL<
一、传统过程化设计思想 )=5ng-
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: (5R?#vj
public class MediaPlayer +s,Qmmb7)
{ g6Q !8
private void PlayMp3() 7N-w eX
{ Fz1_w$^
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
f#?fxUH~
} h!&prYx
{U!8|(
private void PlayWav() .z
6fv
{ GqWB{$J;"
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2W/?q!t
} \]=7!RQ\
kB/D!1
"
public void Play(string audioType) CZ(/=3,3n
{ & @s!<9$W
switch (audioType.ToLower()) KHgBo}6
{ dE:+k/
case ("mp3"): ^SxY IFL
PlayMp3(); MP_'D+LS
break; Gs9:6
case ("wav"): odPL{XFj
PlayWav(); %K\?E98M
break; zoOaVV&1
} > ?6&c
} !OBEM1~
1
} x*?x=^I{
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。 ,17hGKM
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。 >+]_5qc
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! kBYNf =
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。 Hj:r[/
二、面向对象设计思想 oN{Z+T :
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! lmfi
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: >)spqu]
public class MP3 v1%uxthW
{ g{8,Wx,,
public void Play() Eve.QAl|
{ mMb'@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); UG)8D5
} sB^<6W!`(
} u[L`-zI
2'_:S@
public class WAV Z$0uH* h
{ gA:5M
public void Play() ZHGC6a!a
{ ix(=3/Dgz
MessageBox.Show("Play the wav file."); HuwU0:*
} 2_zp:v
} fcNL$U&-,i
.2>p3|F
Public class MediaPlayer >p.O0G
gg
{ 5]HS^II"
switch (audioType.ToLower()) tZ^Ou89:rG
{ @1DX
case ("mp3"): NR -!VJQ
MP3 m = new MP3(); y($%;l
m.Play(); 6ek;8dL
break;
e'0{?B
case ("wav"): Md0sK
WAV w = new WAV(); EmODBTu+
w.Play(); hjIT_{mk
break; i?fOK_d
} G8r``{C!
} $)RNKMZC}A
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 yto,>Utzg
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 'Y56+P\u
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 l-ct?T_@
public class AudioMedia &_"]5/"(
{ h"_~7jq"
public void Play() H63,bNS s
{ _T2=J+"-Kp
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Td G!&:>
} Kj<^zo%w
} ^}:#
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 3'^k$;^
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: 6xZ=^;H
public abstract class AudioMedia " )V130<
{ b|+wc6
public abstract void Play(); 2Z3('?\z~
} Y]L9Y9
iVG-_RsKK
public class MP3:AudioMedia ^my].Qpt
{ P#fM:z@[
public override void Play() qUxRM_7U
{ |fSe>uVZ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U7I qST
} x\J#]d.
} k'#(1(xj
;gs
^%z
public class WAV:AudioMedia 6S+U&Ce\
{ ]p;FZ4-T
public override void Play() LxpuhvIO
{ 7oq[38zB
MessageBox.Show("Play the wav file."); >lBD<;T
} cZT({uYGL
} M-;4
IdXZoY
public class MediaPlayer CMn{LQcC
{ :dLAs@z
//根据需要完成任务的单向分派 /r-aPJX
public void Play(AudioMedia media) * 1Od-3
{ uPRQU+
media.Play(); 7}vg.hmZ
} @DZB9DDR
} L3n_ 5|
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)。 z,VD=Hnz
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。 jK' N((Hz
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: ^D<r
public abstract class VideoMedia bks/`rIA
{ "m ^'
&L
public abstract void Play(); ^`G`phd$
} m+#iR}*1L
1P(|[W1
public class RM:VideoMedia TOoQZTI
{ r\blyWi
public override void Play() i:Zm*+Gi
{ $2u 'N:o
MessageBox.Show("Play the rm file."); WdnIp!
} JqMDqPIQ
} %zSuK8kxV
E@P %v{)
public class MPEG:VideoMedia Qu7T[<
{ >-O/U5<!
public override void Play() ]ix!tb.Q
{ @"o@}9=d
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #'q<v"w
} v*9<c{a
} 3 q`)*
E=cwq"
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。 ;s~X
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: ^qC;Nh4F
Ton94:9bZ
public interface IMedia 5*0y7K/D
{ XEdzpkB
void Play(); {U84 _Pi
} U-:ieao@
@fa@s-wb
public abstract class AudioMedia:IMedia 4T?h
{ STglw-TC\
public abstract void Play(); 3LfC{ER
} in(U:04
uio@r^Xz
public abstract class VideoMedia:IMedia KL ?@@7
{ @]![o %
public abstract void Play(); bcAvM;
} !wWJ^Oz=
]r-C1bKD`
这样再更改MediaPlayer类的代码: 1Jj Y!
public class MediaPlayer CEC
nq3
{ JKX_q&bUw
public void Play(IMedia media) w=}uwvn NX
{ iR\Hv'|
media.Play(); D)@YI.T
} 0jzbG]pc:E
} @o-B{EH8
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 LC})ciWa
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。 VL[kJi
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。 vAX|hwn;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) vBsP+K
{ #BQ.R,
IMedia media = null; $z$u{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7c;9$j
{ jr)7kP@
case ("mp3"): ^::EikpF%
media = new MP3(); P1 zdK0TM
break; ~l$3uN[g
//其它类型略; IJJ%$%F/
case ("rm"): MgC:b-&5_
media = new RM(); T<I=%P)
break; m] W5+
//其它类型略; uK'&Dam
} !gLkJ)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); LPwT^zV&N
player.Play(media); {>"NyY
} S=xA[%5
iL=
m{
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [lk'xzE
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。 "7v-`i
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。 k@ K7yK
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。 KE1ao9H8wR
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|Ep1W
public interface IMediaFactory oxj3[</'k
{ a"av#Y
IMedia CreateMedia(); @ w>zF/
} WsFk:h'r
tV9LD>3
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: ](B@5-^
public class MP3Factory:IMediaFactory $O{duJU
{ @vMA=v7a
public IMedia CreateMedia() Q`#4W3-,
{ c!hwmy;
return new MP3(); *0_yT$
} w0ZLcND{
} zyg:nKQW
//其它工厂略; m>}8'N)
f,z P*
public class RMFactory:IMediaFactory SSBg?H 'T
{ JxjI]SF02
public IMedia CreateMedia() ~O 3D[PNW~
{ xvNo(>
return new RM(); f/kI|Z
} \*\R1_+
} 5/QRL\
//其它工厂略; cE iu)2*e
SI_iI 71
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。 v_S4hz6w\
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: zKFp5H1!%+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) eh*6cQ.0
{ E(Rh#+]Y5
IMediaFactory factory = null; L'i-fM[#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) pr,p=4m{\
{ )s9',4$eK<
//音频媒体 $DBGLmw
case ("mp3"): @FN*TJ
factory = new MP3Factory(); `O^G5 0
break; =op%8NJf
//视频媒体 qi^!GA'5j
case ("rm"): #,(sAj
factory = new RMFactory(); q@hp.(V
break; Sb".]>^
//其他类型略; `d 2,*KR
} ki;UY~
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); zNSu
player.Play(factory.CreateMedia()); L5IbExjV
} 65,(4Udz!
J
wm T/
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 )U:2z-X&e
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ]ALc;lb-}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) rs=q!
P"u[
{ QHBtWQgS
IMediaFactory factory = null; 7{oe ->r
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) YYg)
{ ~Cc.cce5
case ("mp3"): H ftxS
factory = new MP3Factory(); !5}l&7:(MN
break; JIO$=+p
//其他类型略; #(LfYw.P1V
case ("rm"): iv(5&'[p
factory = new RMFactory(); "tS'b+SJ-S
break; ZiFooA
//其他类型略; JM.XH7k
} 'rb'7=z5
IMedia media = factory.CreateMedia(); .r+hERcB
media.Play(); (IbW;bV
} [O
",
vQ@2FZzu>
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。 >yJ-4lgZ
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。 w(nHD*nm
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。 N"[B=fU}
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: +~sd"v6
I-NN29Sk
<appSettings> V+wH?H=
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> E{Pgf8
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !.5),2
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 17g^ALs
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ']ood!
</appSettings> /"qcl7F
t>UkE9=3\
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: tGcya0RL
private void InitMediaType() ! o,5h|\
{ Zs zs1{t
cbbMediaType.Items.Clear(); k /EDc533d
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) RBGlzk
{ -qV{WZ Hp
cbbMediaType.Item.Add(key); o[6y+ <'o
} ;/AG@$)
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; TB
aVW
} O';ew)tI
)wzV
$(~
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 7q9gngT1LA
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !{_yaVF
{ x;BbTBc>
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); E^ h=!RW{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); q W^vz
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ?Ce#BwQ>
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, nw'-`*'rj
factoryDllName).Unwrap(); "u')g&
IMedia media = factory.CreateMedia(); u~ F;xQ
media.Play(); e5v`;(^M
} q<=:
>?
U!q[e`B
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。 6a}r( yP
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: ySNV^+
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 DhKr;e
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!