面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) l
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sNy
;J@U){R
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。 oVTXn=cYDp
一、传统过程化设计思想 MY60%
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: eRqPZb"6MR
public class MediaPlayer J$W4AT
{ T@Bu Fr`]<
private void PlayMp3() _Sg "|g
{ gSa !zQN6
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {/FdrS
} D6dliU?k
Z2U6<4?1%
private void PlayWav() upLjkQ)_
{ XU`ly3!
MessageBox.Show("Play the wav file."); &^UT
} PNo9.-@G
^e]O-,UBk
public void Play(string audioType) 0HO'%'Ga*
{ csd9[=HW/Q
switch (audioType.ToLower()) eZoAy[
{ fikDpR
case ("mp3"): 4]HW!J
PlayMp3(); .L9g*q/}
break; HUAbq }
case ("wav"): 3(Ns1/;?,
PlayWav(); )oALB vX
break; =]r2;014
} =H`yzGt
} _dY5qW1p
} e-Oz`qW~
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 xHCdtloi?I
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 B"sB0NuT/$
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! Pl. y9g~
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。 qSDn 0^y
二、面向对象设计思想 V'tqsKQ!
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;lR|NOh
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: (rc7Cp3
public class MP3 W}y)vrL
{ c1q;
public void Play() Gshy$'_e
{ EJP] E)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); '6kD6o_p1
} Rt5,/Q0
} i)] f0F
oiIl\#C
public class WAV VJ8'T"^Hf
{ ny%$BQM=
public void Play() J)^F
{ V.9p4k`
MessageBox.Show("Play the wav file."); I94-#*~I
} jo?[M
} \#PZZH%
YV _ 7 .+A
Public class MediaPlayer &"?99E>
{ =it @U/
switch (audioType.ToLower()) jXVvVv
{ L|Xg4Z
case ("mp3"): M}j[{wW3
MP3 m = new MP3(); JljCI@
m.Play(); 2">de/jS
break; E]v]fy"
case ("wav"): [K@(,/$
WAV w = new WAV(); c|d,:u#
w.Play(); 3~Lsa"/
break; <@# g2b
} fJP *RVz
} 2~4&4
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。 P^# 4m
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) f`KO#Wc
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。 \4LTViY]
public class AudioMedia _-sFJi8B
{ CPL,QVO9
public void Play() )7]yzc
{ dF09_nw
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); :5['V#(o
} a'`?kBK7`U
} xmEom
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)。 _Rb2jq(&0
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: q2r$j\L%
public abstract class AudioMedia yoJ.[M4q
{ D)pTE?@W'
public abstract void Play(); VM:|I~gJ
} 8MI8~
9R2"(.U
public class MP3:AudioMedia [=BMvP5
{ Bu&9J(J1
public override void Play() $=Ns7Sbup
{ zd)QCq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ?G,gPb
} .j &#
} Qclq^|O0
Y8^WuN$
public class WAV:AudioMedia j#2EQ
{ u]7wd3(
public override void Play() a??8)=0|}
{ y.I&x#(^
MessageBox.Show("Play the wav file."); >d=pl}-kOQ
} Ue60Mf
} #qmsZHd}b
SE43C %hv
public class MediaPlayer "/RMIS
K[;
{ JBLUX,
//根据需要完成任务的单向分派 <&3aP}
public void Play(AudioMedia media) ez ! W0
{ ^H7xFd|>
media.Play(); m(?{#aaq
} \v6lcAL-
} Z\U r F0
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)。 T&MhSJf#
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。 me{u~9&
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: R|'W#"{@
public abstract class VideoMedia Y)]C.V,~
{ @{q<"hT
public abstract void Play(); m2"e ]I
} [>r0
(x&.
:b(W&iBWhI
public class RM:VideoMedia 5-$D<}Z
{ b=1E87i@W
public override void Play() \lm]G7h
{ @tY]=pqn_
MessageBox.Show("Play the rm file."); 'fGKRd|)
} UOf\pG
} })P!7t
)gSqO{Z
public class MPEG:VideoMedia !`RMXUV
{ V" 8 G-dK
public override void Play() Eyjsbj8
{ nD XEm6|e
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); qbeUc5`1
} W+63B8)4
} [:#K_EI5%
knYp"<qj
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 'sH_^{V2
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: S4 Uu/EX6S
5qW>#pTFVV
public interface IMedia t"YsIOT:O"
{ !OY}`a(z
void Play(); tE{M
} e2NK7
v\4<6Z:4
public abstract class AudioMedia:IMedia *9$SFe|&n:
{ .,p=e$x]
public abstract void Play(); #"rK1Z
} ~=iH*AQR
K)mQcB-"?
public abstract class VideoMedia:IMedia h*C!b?:"
{ [RN]?,
public abstract void Play(); =t)qy5
} eh<mJL%T
:&TM0O
这样再更改MediaPlayer类的代码: aK
-x{
public class MediaPlayer M @-:iP
{ u "jV#,,
public void Play(IMedia media) RU4X#gP4Vh
{ (@5`beEd
media.Play(); (^y"'B
} OVDuF&0
} oV0 45G
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 &=jPt%7#M
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。 6Q [
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。 >FwK_Zd'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |r Aot2
{ zA>X+JH>iw
IMedia media = null; !|xB>d
q?
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t~j6w sx;
{ \q1tT!]
case ("mp3"): $1|E(d1
media = new MP3(); Vez8~r3
break; N;'c4=M~(
//其它类型略; jK]1X8
case ("rm"): gAdqZJR%]
media = new RM(); 0jlM~ H
break; n.2:fk
//其它类型略; j\~,Gtn>Z
} =FhP$r*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \8QOZjy
player.Play(media); ?l?l<`sTO
} =3-?$
{<gv1Yht
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 >x;\H(g
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。 aF^NYe
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。 94ruQ/
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。 iLuC_.'u=
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: }8Y! -qX
public interface IMediaFactory (vZ-0Ep}
{ )^{}ov
IMedia CreateMedia(); oC>J{z
} ;un@E:
=;uMrb4
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: `hj,rF+4
public class MP3Factory:IMediaFactory P\ke%Jdpw?
{ (b f
IS
public IMedia CreateMedia() gPMfn:a-8
{ lxL.ztL
return new MP3(); ^%9oeT{
} /Rq\Mgb
} "x=\mA#`
//其它工厂略; .A<Hk1(-)
t!qLgJ5%y
public class RMFactory:IMediaFactory %}9tU>?F#
{ "Bf8mEmp
public IMedia CreateMedia() OLb s~
>VA
{ ?yef?JI$p
return new RM(); r9_ ON|
} CZ3oX#b
} >z\IO
//其它工厂略; C(G.yd
ZgxB7zl//
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 apk,\L@sZ
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: !2Nk
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xjo`u:BH
{ Deh3Dtg/k
IMediaFactory factory = null; <3B^5p\/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) kPs?
{ '37
{$VHw
//音频媒体 w g?}c ;
case ("mp3"): (46'#E z[F
factory = new MP3Factory(); $3HqVqF^R
break; *XhlIQ
//视频媒体 JKM(fX+
case ("rm"): 0AQ4:KV(Y
factory = new RMFactory(); "?3=FBp&
break; dRJ
](Gw
//其他类型略; 'OtTq8G
} fAULuF
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -`k>(\Q<d
player.Play(factory.CreateMedia()); 9BtGzI\
} b}R_@_<u
8{G!OBxc\.
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 N ^rpPq
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: kzRvLs4xM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )-3~^Y#r_
{ ZR}v_]l^
IMediaFactory factory = null; pKc!sdC
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ['}|#3*w
{ _h-agn4[i
case ("mp3"): dA hcA.
factory = new MP3Factory(); eVf D&&@
break; k2D*`\
D
//其他类型略; =Q_1Mr4O
case ("rm"): 4P3RRS
factory = new RMFactory(); PuP"(
M
break; uy<3B>3~.
//其他类型略; J -z.
} 3HrG^/
IMedia media = factory.CreateMedia(); FSQB{9,H
media.Play(); \|Af26
} .z,-ThTH@\
%]LoR$|Y
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>14=Pr^(
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。 Z2]0brV
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。 MF"*xr v
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: S5hc@^|0Z
arm_SyL0
<appSettings> XS&Pc
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> *U1*/Q.
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ?_gvI
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> nnPT08$
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> b/UXO$_~-
</appSettings> swj\X,{
m=6?%'
H}
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: v"1&xe^4
private void InitMediaType() 9Ad%~qciY
{ 1!1JT;gG^9
cbbMediaType.Items.Clear(); 4~Cf_`X}]
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Jq` Dvz
{ G ky*EY
cbbMediaType.Item.Add(key); |-=-/u1
} ,h^6y
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; F7=9> ,
} vX }iA|`#
K` N$nOw
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: bW
W!,-|R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) LOkgeJuWv
{ }SSg>.48w
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~},H+A!?
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 6n2RT H
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; R9A:"sJ
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %h ;oi/pe
factoryDllName).Unwrap(); r!!uA1!7
IMedia media = factory.CreateMedia(); n8EKTuy
media.Play(); Ja3#W
K
} ^ZsIQ4 @`
F[\T'{
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。 t_Eivm-,B
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: js"Yh
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 c:K/0zY
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!