面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Y9w=[[1
,.}PZL
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。 d$2{_6
一、传统过程化设计思想 cW GU?cv}
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: 3iEcLhe"4
public class MediaPlayer BS|-E6E<
{ dadMwe_l0
private void PlayMp3() w pCS]2
{ VBCj.dw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8w*fg6,=
} (I~,&aBr
v}Aw!Dv/
private void PlayWav() P|(J]/
{ DU7Ki6
MessageBox.Show("Play the wav file."); )v-* Wr eS
} \iE'E
!7^He3
public void Play(string audioType) i~F Ct4
{ q3P3euK3
switch (audioType.ToLower()) Dk"M8_-_
{ 1[Mr2 @
case ("mp3"): s{:
Mu~v
PlayMp3(); l9L;Tjj
break; 1VZ>*Tl
case ("wav"): <?J7Z|
PlayWav(); +`4}bc,G
break; b{dzbmak
} OVh/t#On
} Uq+
_#{2(
} fVN}7PH7+
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。 $c y:G
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 /pge 7P
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ,/ig8~u'c
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 =}"hC`3e
二、面向对象设计思想 8
[."%rzN
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! jN<]yhqf
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: QNtr =
public class MP3 bn(Scl#@K
{ ?rK%;GTo
public void Play() =J'?>-B
{ p.\KmEx
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q:MsD.
} .6;B3
} GB+d0 S4
jI V? p
public class WAV /&|pXBY$;
{ Yptsq@s
public void Play() :cEe4a
{ SBoF(0<
MessageBox.Show("Play the wav file."); %7@H7^s}9
} m{5$4v,[
} \9?<E[
A_fU7'B
Public class MediaPlayer w:LCm `d
{ 4>Y\2O?**
switch (audioType.ToLower()) ).boe& .
{ %i
"
case ("mp3"): *Fc&DQT(
MP3 m = new MP3(); ;'
W5|.ZN
m.Play(); +UsR
break; ,TtDCcjd%f
case ("wav"): w+Z};C
WAV w = new WAV(); 2~U+PyeNz
w.Play(); e ^qnUjMy
break; mpivg
} lG+ltCc$9
} qR<DQTO<
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。 $"(YE #]|
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) -U $pW(~
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 S- \lN|
public class AudioMedia M0e|G.S&_
{ >y~_Hh(TSL
public void Play() E! <$J^
{ T??aVe]c
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *;d)'7<
} <`*P/V
} C4uR5U
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)。 U:|v(U$"?
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: zLqp@\sT
public abstract class AudioMedia Ju[`Qw`I
{ }"x*xN
public abstract void Play(); -}sya1(<8
} R qz()M
7jbmw<d)9
public class MP3:AudioMedia .Topg.7W
{ 2ML6Lkk
public override void Play() !dH&IEP~
{ ~
7Nyi dV;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); sN}@b8o@
} t>sX.=\$
} Lp WEu^j
$Ig,cTR.b
public class WAV:AudioMedia S:uEK
{ ?KXQ)Y/su
public override void Play() x=#5\t9
{ .8!0b iS
MessageBox.Show("Play the wav file."); FxX3Pq8h
} $:N
"*
} |P7f^0idk
` W>B8
public class MediaPlayer E|;5Z*
{ O*{H;7Pv
//根据需要完成任务的单向分派 Kc\'s65.]
public void Play(AudioMedia media) cB}2(`z9
B
{ -b}S3<15@
media.Play(); *SMPHWH[c
} F\rSYjMyk
} @e0skc
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)。 [s{:}ZuKc
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。 f4T0Y["QA
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: %pkq ?9
public abstract class VideoMedia %d J>8.jW@
{ R<-C>D
public abstract void Play(); b[;3KmUB
} 'aP*++^
}2A1Yt:^P
public class RM:VideoMedia ==Mi1Q#5C
{ 5 hadA>d
public override void Play() Hk*cO;c
{ O9X:1>a@i
MessageBox.Show("Play the rm file."); D>e\OfTR:
} l1Q+hz5"*U
} Pq>[q?>?
I 47GQho
public class MPEG:VideoMedia g
Pj0H&,.
{ hr6e 1Er
public override void Play() 2\\3<
{ @h$0S+?:
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); [(F<|f:n
} cu?(P;mQi
} ]U1,NhZu
4`P2FnJ?
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Sw@,<4S
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: EJ ~kZ3
,wi=!KzX
public interface IMedia 9PqgBq
{ U"Hquo
void Play(); \u-e\w
} PbHh?iH
M .`
public abstract class AudioMedia:IMedia WTYFtZD[yH
{ |kNGpwpI
public abstract void Play(); ls7A5 <
} U.7y8#qf3R
[ky6E*dV`
public abstract class VideoMedia:IMedia {3(.c, q@
{ Z;~[@7`
public abstract void Play(); &:I
+]G/W
} LZC?383'
y2$;t'
这样再更改MediaPlayer类的代码: Cm;qDvj+u
public class MediaPlayer )USC
{ ]z=Vc#+!
public void Play(IMedia media) ?g;ZbD
{ 3!9 yuf
media.Play(); IPR tm!
} B4:l*P'
} */^2RZg|W
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 6 _5d
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。 t?nc0;Q9,@
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。 G68Nv:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _RL-6jw#o
{ _=*tDa
IMedia media = null; /Ej]X`F
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) MhI)7jj`mt
{ IqCCfsf4
case ("mp3"): )uid!d
media = new MP3(); {ogZT7w}
break; Dp*$GQ
//其它类型略; bxdXZBn
case ("rm"): )ozcr^
media = new RM(); _/
}6
break; I>%S4Z+o
//其它类型略; s9rtXBJP
} 90qj6.SQ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yLz,V}
player.Play(media); )Bn>/-
} \;*}zX
^~6] 0$yJ
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 pP0Vg'V
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。 uB<F.!3
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。 Sn0gTsZ
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。 0)oN[
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: k<Tez{<
public interface IMediaFactory 3Q$'qZw p
{ hygnC`|
IMedia CreateMedia(); hiMyFvA4
} +|?|8"Qg
IjDT'p_
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: crNjI`%tw
public class MP3Factory:IMediaFactory _MdZDhtm
{ 3IK(f.
public IMedia CreateMedia() j|&DP-@g/
{ |#&V:GZp
return new MP3(); YXzZ-28,<
} [t.%baF
} )t,{YGY#
//其它工厂略; O5^J!(.O\Z
iTLW<wG
public class RMFactory:IMediaFactory {b,2;w}95
{ MxgLztY
public IMedia CreateMedia() Sn(l$wk=
{ #A3v]'7B
return new RM(); ~n/Aq*
}
TmYP_5g:
} Cfr<D3&,]
//其它工厂略; JEsLF{
; wbUk5Tf/
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。 =a9etF%B
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: ~#x:z^U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) NuD[-;N]
{ |)-|2cPRur
IMediaFactory factory = null; b4v(k(<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jJUGZVM6)
{ &]VQR2J}:
//音频媒体 !{Q:(B#ec
case ("mp3"): {xv?wenE
factory = new MP3Factory(); CQSpPQA
break; -SvTg{Q{la
//视频媒体 g8I!E$
case ("rm"): *qPdZ
factory = new RMFactory(); M?Ndy*]
break; qx2E-PDL;<
//其他类型略; |.(CIu~b
} W-z90k4Z5
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); i,#k}CNu
player.Play(factory.CreateMedia()); q]eFd6
} [0&'cu>
M@~~f
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。 _%'L@[ H
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: eyT>wma0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) PFS;/
{ V06CCy8n
IMediaFactory factory = null; `ke3+%uj o
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9c6czirwR^
{ skIiJ'db
case ("mp3"): bo@,4xw
factory = new MP3Factory(); Q(510)
break; V#0
dGP-Z
//其他类型略; \.H9$C$
case ("rm"): pb^,Qvnp
factory = new RMFactory(); |5xYT 'V
break; N0Efw$u
//其他类型略; 9Uha2o
} TN35CaSmq
IMedia media = factory.CreateMedia(); F{k$Atb?g/
media.Play(); BXg!zW%+
} p$Kj<:qiP
bauA}3
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 VL+N:wb>
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ;gDMl57PQ.
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Wy<[(Pd
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: MpOR Gd
~|r~NO
7[
<appSettings> mn]-rTr
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> t;8\fIW5
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 8Q2]*%
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> T><{ze
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,~4H{{<j
</appSettings> X^}A*4j
Rj[hhSx 2
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: &<,SV^wag
private void InitMediaType() l~bKBz
{ Jyj0Gco
cbbMediaType.Items.Clear(); 6HoqEku/Q
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) [X,A'Q
{ AR%hf
cbbMediaType.Item.Add(key); "8 N"Udu
} TQP+>nS,
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; XZS5B~E
'
} 8|O=/m ^]
N&T:Lt_N
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: yN*:.al
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o=pt_!i/
{ d%0+i/p
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); <i{K7}':
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); qmZ2d!)o
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; /XcDYMKgh
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, b~7Jh:%@;
factoryDllName).Unwrap(); 1Cm~X$S.
IMedia media = factory.CreateMedia(); s]U4B<q
media.Play(); AZ[75>
} )kYOHS
pb#mg^8
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。 ~e P
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: KP3n^
$~
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 x97L6!
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!