面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT)
_Ie:!q
K { FZ/
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。 |+KwyHE`9
一、传统过程化设计思想 ?\)h2oi!F5
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: |MOz>1<a
public class MediaPlayer UZs'H"K
{ :>/6:c?atG
private void PlayMp3() CYlS8j
{ LJom+PxF$x
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h#c7v!g
} )TEm1\
!??g:2
private void PlayWav() K9 ]zUew
{ f7 |Tp m
MessageBox.Show("Play the wav file."); "LSzF_mK
} -w>ss&
d"n"A?nXh
public void Play(string audioType) Pf/8tXs}
{ 0yvp>{;p
switch (audioType.ToLower()) :wN!E{0j
{ 1+Uem
case ("mp3"): 1J72*`4OK
PlayMp3(); S;y4Z:!
break;
Bnk'
case ("wav"): >t<\zC|~w
PlayWav(); r6R@"1/
break; m;A[2 6X
} L^zh|MEyzk
} E N CWOj
} T--%UZD]W
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 awI{%u_(nA
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 CUHT5J*sY
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! "Zx<hL*
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 `23][V
二、面向对象设计思想 9UVT]acq
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! aj,o<J
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 1;DRcVyS+
public class MP3 V#b=mp
{ B^]PKjLNZ
public void Play() ;TS%e[lFhQ
{ H
cyoNY
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [qC0YM
} Nd+1r|e'
} ?Pa(e)8\
u>G9r#~`k
public class WAV 'n
^,lXWB
{ =*I|z+
public void Play() x}nBUq:
{ TVx
`&C+
MessageBox.Show("Play the wav file."); (Li0*wRb
} vf$IF|
} +iFt)
4 ob W>
Public class MediaPlayer \gB~0@[\7
{ Goc?HR
switch (audioType.ToLower()) w^ OB
{ 096Yd=3h
case ("mp3"): |q8N$m
MP3 m = new MP3(); aidQ,(PDj
m.Play(); "bDj00nwh
break; }]PHE(}7
case ("wav"): Kvo&_:
WAV w = new WAV(); 1^2Q`~,g
w.Play(); HZZZ [km
break; P.5l9Ns(O
} =4co$oD}
} |/^S%t6*
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。 ;>f\fhi'
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) >*VvV/UU
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。 ]wdE
:k,D
public class AudioMedia y`j=(|DV
{ vq^';<Wh.
public void Play() *i^$xjOa
{ _^NaP
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 6%ofS8[
} $Seh4
} @+H0D"
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。
l
EzN
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: z fv@<'
public abstract class AudioMedia L!zdrCM
{ VQ|{Q}
public abstract void Play(); /\b*
oPWJ
} Zfcf?&><
@$n
$f
public class MP3:AudioMedia j&_>_*.y
{ } `Ya;
public override void Play() rU&Y/
{ =CRptk6tS
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); b<~-s sL7a
} bTmhz
} nEd
"~
ThgJ
'
public class WAV:AudioMedia G^#>HE|
{ ?z#*eoPr
public override void Play() Fd\uTxykp
{ ]6[+tpx
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3CjixXaA$
} RuIBOo\XL7
} 1' U
H.4ISmXU
public class MediaPlayer ?L7DVwVa,I
{ 2=n`z)R
//根据需要完成任务的单向分派 3PZ(Kn<
public void Play(AudioMedia media) 1h?ve,$
{ un_NBv}
media.Play(); ZxSFElDD]E
} J(d[05x0
} Ih|4ISI
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)。 [)s4:V
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。 ~Yi4?B<
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: g^(gT
public abstract class VideoMedia c{I]!y^!
{ Cm)TFh6
public abstract void Play(); n19A>,m
} 8Iw)]}T'
{+hABusq
public class RM:VideoMedia .=J- !{z
{ ocW~I3
public override void Play() FEu"b@v
{ SfC* ZM}<
MessageBox.Show("Play the rm file."); ||QK)$"
} O}Pqbx&
} )5~T%_
;9mRumLG"
public class MPEG:VideoMedia #<b\B qYG
{ 5)T[ha77u
public override void Play() [;Lgbgt3f
{ V<S6a
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); G&^8)S@1
} <i</pA
} !>> A@3
mu{C>w_Rz
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 mI,lW|/l,
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: /\- }-"dm
y!P!Fif'
public interface IMedia SR?mSpq5
{ iSezrN
void Play(); d;Y Kw1
} Slg*[r#
n({%|O<|
public abstract class AudioMedia:IMedia b.RU%Y#>\
{ 6c-3+,Y"#
public abstract void Play(); ?[zw5fUDS
} AF"7 _
6_KvS
public abstract class VideoMedia:IMedia {:!>Y1w>
{ gR# k'
public abstract void Play(); M9R'ONYAa
} Eqz|eS*6
(JlPe)Q5
这样再更改MediaPlayer类的代码: z+Fu{<#(
public class MediaPlayer eZ(ThA*2=t
{ Gm:s;w-;v
public void Play(IMedia media) %6uZb sa
{ 4vWiOcJF!O
media.Play(); PB$beQ
} !;,\HvEZYw
} jOzXy Dq
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 x;yvv3-$
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。 &Jj|+P-lY
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。 Jk>vn+q8P^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T.;{f{
{ ["Ts7;q9[
IMedia media = null; Eej
Lso#\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]#f%Dku.m
{ lL:!d.{
case ("mp3"): 4E 5;wH
media = new MP3(); M{G}-QK_.
break; ;X<Ez5v3
//其它类型略; 2sIt~ Gn
case ("rm"): 6WZffB{-TK
media = new RM(); \f^xlX3&`
break; ca7Y+9<
;
//其它类型略; EQ~<NzRp=
} %50)?J=zB
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?j/FYi
player.Play(media); |8CxMs
} %Hd[,duwO
Ez|NQ:o
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 3JQ7Cc>
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。 xtP:Q9!N
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。 zw15r" R
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。 '4i8&p`/
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: Cwls e-
public interface IMediaFactory P*iC#w]m
{ G8+&fn6
IMedia CreateMedia(); G3^<l0?S
} >eG<N@13p
v2rO>NY4
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: $aJ6i7C,j}
public class MP3Factory:IMediaFactory L$_%T
{ <<?32r~
public IMedia CreateMedia() o=7,U/{D!
{ 6ScB:8M
return new MP3(); GB Yy^wjU
} ph5{i2U0
} Y|r7gy9%
//其它工厂略; /.7RWy`
$L0sBW&
public class RMFactory:IMediaFactory I
m
I$~q'
{ 8k-]u3
public IMedia CreateMedia() I?PqWG!O
{ EB!ne)X
return new RM(); nX3?7"v
} ?lD)J?j
} ;&CLb`<y
//其它工厂略; g?"QahHG
$k0(iFzR1
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 hJ xL|5Uo
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: MwRLv,&"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *h0D,O"0
{ RN-gZ{AW
IMediaFactory factory = null; 1i$VX|r
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7\%JJw6h
{ %f&Y=
//音频媒体 HBe*wk Pd
case ("mp3"): Sk+XBX(}
factory = new MP3Factory(); axUj3J>
break; ow9a^|@a
//视频媒体 !@Qk=Xkg
case ("rm"): ^wBlQmW7J
factory = new RMFactory(); _-({MX[3k<
break; ;dUKFdKH}
//其他类型略; G!$~'o%/
} 3ArHaAv{y
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); _N|%i J5
player.Play(factory.CreateMedia()); Ga02Zk
} #<[&Lw
!0?o3,of-
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ^7+;XUyg
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: fdKE1,;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +_fFRyu>
{ #d,)Qe[
IMediaFactory factory = null; }~zDcj_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) )/'WboL
{ td7(444]
case ("mp3"): %z@ Z^Jv
factory = new MP3Factory(); b3-j2`#
break; +7w5m
//其他类型略; rZdOU?U
case ("rm"): })^eaLBR4
factory = new RMFactory(); 5]I)qij
q
break; WeRDaG
//其他类型略; #d$zW4ur2
} W;I{4ed6
IMedia media = factory.CreateMedia(); gNP1UH4m
media.Play(); Z(|$[GZP[
} 1+$F= M~
k"cMAu.
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。 I[|Y
2i
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。 btEyvqs~X
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。 D^O[_/i&
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: %"
bI2
&2u
|7U.
<appSettings> b
3Q6-
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 2{=D)aC$f
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> =5Db^
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ~_JfI7={Jn
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> PI%l
</appSettings> 9k71h`5
`{{6vb^g
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: UZs '[pm)
private void InitMediaType() Jkj7ty.J
{ kl:/PM^
cbbMediaType.Items.Clear(); Ywhhs
}f
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) qX\85dPn@}
{ >gzM-d
cbbMediaType.Item.Add(key); [ ?7QmZK
} m
uO.
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; {2:baoG-
} ?aTH<
nD/B:0'
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5PeYQ-B|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) WMC^G2 n
{ 3_
J'+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); p3 5)K5V
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); _@>*]g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ]'xci"qV`
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, gBV4IQ
factoryDllName).Unwrap(); GEy7Vb)
IMedia media = factory.CreateMedia(); cwvJH&%0
media.Play(); 5lHt~hB\
} a({Rb?b
wwdmz;0S
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。 kIS )*_
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: DI8I'c-P
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 gWU#NRRc
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!