面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) V0*3;n
47r&8C+&\
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。 _Ov;4nt!
一、传统过程化设计思想 445o DkG
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: MFt*&%,JX
public class MediaPlayer VZy4_v=
{ I.'b'-^
private void PlayMp3() QA#3bFZt1n
{ ]y@F8$D!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &fOdlQ?
} e:w&(is
F_;DN:
{
private void PlayWav() l[GOs&D1
{ jS.g]k
MessageBox.Show("Play the wav file.");
\
%=9
} F {+`uG
r?/A?DMe
public void Play(string audioType) TUIk$U?/I
{ 1f'Hif*r_X
switch (audioType.ToLower()) Wg`AZ=t
{ tK(g-u0N`(
case ("mp3"): S4^N^lQ]
PlayMp3(); c{+A J8
break; }8-\A7T
case ("wav"): ZR0r>@M3v<
PlayWav(); nH|,T%
break; k S#
CEU7
} )B#
,
} h#r^teui)
} \2 y5_;O
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。 kq=V4-a[
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。 b5G}3)'w
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! h}`!(K^;3
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。 H)w(q^i
二、面向对象设计思想 S~Z|PLtF
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! qa`-* 4m
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: N2'qpxOLI
public class MP3 -]uUY e
c
{ I<td1Y1q
public void Play() y&m0Lz53Z
{ #]?bLm<!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); I04jjr:<
} cF)/^5Z
} B+d<F[|
F>je4S;
public class WAV
|{r$jZeE
{ j%u-dr
public void Play() 51C2u)HE
{ `:m!~
MessageBox.Show("Play the wav file."); '_\;jFAM
} $''?HjB}T
} \c v?^AI
{`=0 |oP}
Public class MediaPlayer K,'*Dz
{ cJo\#cr
switch (audioType.ToLower()) %@a8P
{ IQ<MyB(
case ("mp3"): F~:O.$f]G
MP3 m = new MP3(); ?3ig)J,e[
m.Play(); w]b,7QuNz
break; '^BV_ QQ
case ("wav"): !Z!g:II
/
WAV w = new WAV(); mR\`DltoV
w.Play(); :F,O
break; FWue;pw3
} ).` S/F
} D\w h;r
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。 {rfF'@[
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) DS-0gVYeDW
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。 Ho DVn/lr
public class AudioMedia u]
:m"LM
{ }8|[;Qa`y
public void Play() /={Js*
{ j*"3t^|-
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); &8&d3EQ
} }G o$
\Bk
} vb 1@yQ
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)。 1g##sSa6
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: b`yZ|j'ikd
public abstract class AudioMedia SK1!thQy
{ DFhXx6]
public abstract void Play(); e^4 p%
} sDr/k`>
=S '%`] f?
public class MP3:AudioMedia
~>O)
{ 6qN~/TnHZ
public override void Play() S po?i.#
{ ~ ~uAc_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8l}1c=A}Vi
} 2!&&|Mh}
} j'[m:/
^ -FX
public class WAV:AudioMedia yR{x}DbG
{ 7 n]65].t
public override void Play() Uv
YF[@
{ 7Dnp'*H
MessageBox.Show("Play the wav file."); l`kWz5[~
} 5aad$f
} .=m,hu~
x!\ONF5$
public class MediaPlayer oH0X<'
{ 43?^7_l-
//根据需要完成任务的单向分派 _&K
public void Play(AudioMedia media) |KB0P@=a
{ :m86
hBE.
media.Play(); D=:04V}2+
} !D!~^\
} hA\K</h.
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)。 [."[pY
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。 `V)Z)uN{0
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: *'ZB*>
public abstract class VideoMedia hOhS)
{ Kwc6mlw~M
public abstract void Play(); VqL.iZ-
} +[SgO}sF
XeBP`\>Ve
public class RM:VideoMedia .>z][2oz
{ eIl]oC7*
public override void Play() xBu1Ak8w
{ R/"x}B1d
MessageBox.Show("Play the rm file."); qfcYE=
} JCAq8=zM
} Y(.OF
Q
6<K6Y5<6
public class MPEG:VideoMedia 4v[~r1!V
{ g$.
\
public override void Play() @( n^T
{ Ltjbxw"Qd
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); `jS T
} ?\8?%Qk
} D&HV6#
i#%aTRKHd6
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 G,;,D9jO7
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: EyY.KxCB
wP,JjPUt
public interface IMedia fDx9iHGv
{ Mi~(aah
void Play(); eT2*W$
} t>8XTqqi
Scv#zuv_
public abstract class AudioMedia:IMedia iAa;6mH
{ "`6n6r42
public abstract void Play(); (H+'X}1
} Zo>]rKeV
A.UUW
public abstract class VideoMedia:IMedia {BHI1Uw
{ HHqwq.zIy
public abstract void Play(); Gycm,Cy
} (k np#
9'hv%A:\3
这样再更改MediaPlayer类的代码: };'\~g,1
public class MediaPlayer nC{%quwh{
{ Zw
wqSyuGf
public void Play(IMedia media) ^&g=u5
d0
{ wcDRH)AW.
media.Play(); !bV5Sr^
}
]({~,8s
} ]
}f9JNf$
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Pz$R(TV
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 2Pc%fuC
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 .$@R{>%U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 86
W0rS[5
{ E c s,$\
IMedia media = null; %v2R.?F8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) H(Eh c
{ I@\OaUGr+
case ("mp3"): BC'llD
media = new MP3(); s`>[F@N7.o
break; [5Lz/ix=
//其它类型略; 9P{;HusNw
case ("rm"): ?ve#} \
media = new RM(); {\[5}nV
break; G\TfL^A
//其它类型略; ^]
kF{
o?
} WOh|U4vt
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )&
u5IA(
player.Play(media); -(K9s!C!.
} ~)(\6^&=|
vOg#Dqn-
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ,]T2$?|
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 'w1YFdW
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 n[(Qr9
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 2<}NB?f`N
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: H<1WbM:w
public interface IMediaFactory
`7H4Y&E
{ u_rdmyq$x/
IMedia CreateMedia(); |2KAo!PI
} ;,]P=Ey
zz& ?{vJ
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: cYqfsd# B
public class MP3Factory:IMediaFactory ~jsLqY*(+
{ "9n3VX)
public IMedia CreateMedia() $HJwb-I
{ R"K#7{p9
return new MP3(); f^VP/rdg
} KgR<E
} 8n>9;D5n
//其它工厂略; im @h -A]0
LQjsOo
public class RMFactory:IMediaFactory yBI'djL~>
{ q/n,,!
public IMedia CreateMedia() Z>
r^SWL
{ 5#K4bA
return new RM(); %AQIGBcgL
} $1v&azM.
} H#ncM~y*
//其它工厂略; L5,NP5RC
P@FHnh3}Z$
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。 DY^;EZ!hb
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: AFAAuFE"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Xn{1 FJX/
{ $LU"?aAW
IMediaFactory factory = null; v,ju!I0.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) F+u|HiYG
{ 9:M`
j
//音频媒体 ^_m9KA
case ("mp3"): YY!Rz[/
factory = new MP3Factory(); 71\xCSI1w&
break; 4t)/
//视频媒体 YIjTL!bA"
case ("rm"): nvPwngEQm
factory = new RMFactory(); 6:~v4W!k
break; !/wtYI-`
//其他类型略; =AuR:Tx
} qT^I?g"!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); _F`lq_C
player.Play(factory.CreateMedia()); zE_i*c"`
} 0L/n ?bf
~sXcnxLz
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 V 0rZz
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 6AhM=C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) k`N^Vdr
{ \o^2y.q:>
IMediaFactory factory = null; &c,kQo+pA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~Rr~1I&mR,
{ 7"C$pm6
case ("mp3"): hyFyP\u]
factory = new MP3Factory(); HZ:6zH
break; _FWBUZ;N
//其他类型略; U-3i
case ("rm"):
w.TuoWo>
factory = new RMFactory(); =z
/dcC$r
break; q?8|
[.
//其他类型略; 8#g1P4
} BT"XT5@
IMedia media = factory.CreateMedia(); PAM}*'
media.Play(); ^RI?ybDd
} u`RI;KF~F
s']Bx=
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 c(~[$)i6
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。 MpR2]k#n<
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。 %xyou:~0zs
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: K9up:.{QQ
Qr{E[6
<appSettings> k-^mIJo}
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 5f 5f0|ok
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> :w^Ed%>y7
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> #e$5d>j(
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> *vwbgJG! *
</appSettings> 73\JwOn~
&eX!#nQ_.
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: R)m'lMi|
private void InitMediaType() \r+8qC[,
{ BNs@n"k
cbbMediaType.Items.Clear(); V6,H}k
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) fd.^h*'mU
{ ]%u@TK7
cbbMediaType.Item.Add(key); ,]d/Q<
} @W"KVPd
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; z+n,uHs
} Jh!I:;/
)`(p9@,V
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: #$8% w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) LF& z
{ @y\XR
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); i=oU;7~zK
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 5lUF7:A>#
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; %#xaA'?
[
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, (bH`x]h#
factoryDllName).Unwrap(); gq'Y!BBQy
IMedia media = factory.CreateMedia(); #ZrHsfP
media.Play(); ) iN/ua
} >E{";C)
DBr
ZzA
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。 lSVp%0jR
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: fO[+LR
'ax
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 2`N,,
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!