面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) `nJu?5
Ybg-"w
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。 yPu4T6Vv
一、传统过程化设计思想 (0Naf
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: J?n<ydZSH
public class MediaPlayer Zt@Z=r:&
{ -Dzsa
private void PlayMp3() f+Dn9t
{ w7-WUvxl
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =y%rG :!
} ] c}91
!asqr1/
private void PlayWav() 5IqQ |/m<6
{ ]M,06P>?
MessageBox.Show("Play the wav file."); wk\L* \@Y}
} XTqm]
kGN||h
public void Play(string audioType) pKJK9@Ad
{ 49 }{R/:
switch (audioType.ToLower()) DFe;4BdC
{ ,smF^l
case ("mp3"): Psa@@'w
PlayMp3(); )%Y
IGV;&
break; Di=9mHC
case ("wav"): beZ(o?uK
PlayWav(); dl l%4Sd
break; noNm^hFL
} BH@b1}
} UP2.]B!d
} (E($3t8
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。 :WXf.+IA
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。 Xt,X_o2m|]
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! )u@c3?$6
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 MonS hIz
二、面向对象设计思想 ^uaFg`S
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 0,FC
YTtj$
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: Ie'P#e'
public class MP3 X;fy\HaU
{ 45}v^|Je\
public void Play() s&*yk p
{ BIWD/|LQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); b; 9n'UX\
} #iis/6"
} 'I/h(
*,#q'!Hq
public class WAV
S2=%x.
{ 0^_MN~s(X
public void Play() 3;$bS<>
{ PDw{R]V+
MessageBox.Show("Play the wav file."); BSXdvI1y
} ]1fZupM^6
} "D> ]ES%5
9Z!lmfnJ
Public class MediaPlayer ^Gz{6@TY5
{ g0#q"v55
switch (audioType.ToLower()) )&Z>@S^
{ z] @W[MHY
case ("mp3"): G%w_CMfH
MP3 m = new MP3(); rm+v(&
m.Play(); 85>S"%_
break; EI`vVI
case ("wav"): 3-Y=EH_0
WAV w = new WAV(); Sa]Ek*
w.Play(); V
4qtaHf
break; {HZS:AV0
} W7!.#b(hU
} Fu0.~w
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。 b%0BkS*
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ^!>.97*
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。 (5Ky6b9v
public class AudioMedia %{ ~>n"
{ INLf# N
public void Play() k\(4sY M
{ =g0*MZ;"
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); tSw>@FM
} G.VYp6)5
} rycJyiw<-
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)。 &X w`T9<
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: %F$N#YG
public abstract class AudioMedia Xu<FD jr
{ Pc4R!Tc
public abstract void Play(); :Kay$r0+
} :QA@ c|(PF
oMTY)`me
public class MP3:AudioMedia Ve:&'~F2 s
{ PHkDb/HIx|
public override void Play() ?Y`zg`
{ E*4t8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Rkv
} OLFt;h
} lS{4dvr?w
lV7IHX1P
public class WAV:AudioMedia -c$z 2Q)
{ 92(~'5Qr
public override void Play() S1C^+Sla]
{ 0}-#b7eR
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3L fTGO
} B007x{-L
} O|(o8VS
ZKsQ2"8{M
public class MediaPlayer >40
GP#Vz
{ Gmgeve
//根据需要完成任务的单向分派 ||gEs/6-
public void Play(AudioMedia media) IuKnM`X
{ }wkaQQh
media.Play(); -,@bA @&
} (1y='L2rj
} p5qx=p~c
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 le2/Zs$
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。 9d] tjT
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: T+BIy|O
public abstract class VideoMedia ris;Iu^v0
{ xc*!W*04
public abstract void Play(); p[;8
} b.6ZfB,+G
KQW!\y?$"
public class RM:VideoMedia BGA%"b
{ 5\+EHW!o
public override void Play() 45r|1<R o
{ |)';CBb
MessageBox.Show("Play the rm file."); 4d6%
t2
} ;:^ Lv
} |?|K\UF(Y
6#?NL]A
public class MPEG:VideoMedia b7qnOjC
{ Ix4 jof6(
public override void Play() !a)s`
{ L+(C5L93}
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); xrX?ZJ
} WxDb3l~
} 7n
[12:
,?#*eJD
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。 FB.!`%{
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: '@S,V/jy0z
HD~jU>}}
public interface IMedia $KH@,;Xz
{ wC(XRqlE
void Play(); 0JrK/Ma3
} ^h"n03VFA
t3Qm-J}wSB
public abstract class AudioMedia:IMedia 7rJ9
}/<I
{
B[Ix?V4yy
public abstract void Play(); kYmo7
} v s w7|
SkriX\p
public abstract class VideoMedia:IMedia s?~8O|Mu'
{ f^ywW[dF
public abstract void Play(); /H.(d 4C
} ^,~N7`
T:dX4=z
这样再更改MediaPlayer类的代码: Y+OYoI
public class MediaPlayer <XY;fhnB
{ Iy6p>z|
public void Play(IMedia media) T&mbXMN
{ e%'z=%(
media.Play(); T^+1rG
} q!9^#c
} h<Jc;ht
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 tu7+LwF7
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 {rtM%%l
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 x$*E\/zi<!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) K:Mujx:
{ 91U^o8y
IMedia media = null; /kAwe *)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^#}dPGm
{ [U%.Gi
case ("mp3"): rO5u~"v]
media = new MP3(); 1mY+0
break; mQmBf|Rl
//其它类型略; W{L
case ("rm"): ;`;G/1]#9
media = new RM(); Y>(ZsHu
break; mL8A2>Gig
//其它类型略; -qs(2^
} ,*q#qW!!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8x!+tw7
player.Play(media); g&|4
} T-hU+(+hg
9*7Hoi4Ji
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 M"
xZz
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。 JTSq{NN
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。 87&KQ_
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。 RI#lI~&)
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: )PsN_ 42~
public interface IMediaFactory _ .-o%6
{ u-8X$aJ
IMedia CreateMedia(); )[e%wPu4e
} Z TN:|IKT
W\nHX I
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: L7i}Ga!8
public class MP3Factory:IMediaFactory 16a_GwfM
{ 8=lHUn9l
public IMedia CreateMedia() "
whO}
{ eL]{#WL
return new MP3(); RPz!UMQSD
} h9tB''ePE
} oV%(
37W9=
//其它工厂略; =) mXCA^
?Ry%c6(}
public class RMFactory:IMediaFactory ?ZSXoy-kr
{ <O
<'1uO,
public IMedia CreateMedia() 6ctHL<^
{ a7XXhsZ
return new RM(); ?/o2#iJx
} /%N31
} ws*~$x?7
//其它工厂略; Z/XM`Cy
(#fm (@T
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。 ccHLL6F{
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: H1aV}KD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?Zc/upd:$N
{ fW_}!`:
IMediaFactory factory = null; d~togTs1
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) pDLu +}@
{ c n\k`8
//音频媒体 gaLEhf^
case ("mp3"): cq'}2pob
factory = new MP3Factory(); XgwMppacw
break; 6Tm
Rc
//视频媒体 o2[vM$]
case ("rm"): .g6PrhzFbk
factory = new RMFactory(); Pg!;o=
{M
break; 1qB!RIau
//其他类型略; h,!G7V
} >N+bU{s
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 2b6? 9FX*
player.Play(factory.CreateMedia()); PK:o}IWn~x
} QN{}R;s
rX|y/0)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。 Q1O_CC}
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: 2uJNc!&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) iylBK!ou
{ kT Z?+hx
IMediaFactory factory = null; @2GhN&=
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) NB!'u)
lFD
{ |.Y@^z;P3
case ("mp3"): *zw
R=
factory = new MP3Factory(); cJ7{4YK_#/
break; UX-_{I
QW
//其他类型略; VuX>
case ("rm"): pJ2:` f<;
factory = new RMFactory(); Z1)jRE2dl
break; cuV8#:
i
//其他类型略; .-O@UQx.I
} 8%vh6$s6/
IMedia media = factory.CreateMedia(); i-:8TfI,
media.Play(); ?$)x$nS`
} rm5T=fNJ
T!^?d5uW#
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 RpmBP[
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 y(bt56 |
z
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 h X>VVeIZ
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: B"?+5A7
]<\;d
B
<appSettings> #x4h_K
Y
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />
?[hy|r6$
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 20Cie
q
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> (T%F!2i([U
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !TV_dKa
</appSettings> &(H)gjH
%ojR?=ON
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: -$L],q_S^
private void InitMediaType() |5<&r]xN
{ =x='<{jtgW
cbbMediaType.Items.Clear(); y'0dl "Dy\
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) !ho5VAt
{ 6`s%%v
cbbMediaType.Item.Add(key); v3hQv)j)
} St~SiTJU
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; T~wZ
} Dh!iY0Lz
k+7M|t.?4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: R$T[%AGZ.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &k_wqV
{ PcNfTB{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); r:WgjjA%
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); R[>;_}5">
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -hU>1ux&V
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, #2lvfR|
factoryDllName).Unwrap(); fbzKO^Ub
IMedia media = factory.CreateMedia(); UpszCY4
media.Play(); R+kZLOE
} j
J`Zz
.5KC'?
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。 xM'S
;Sg
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: N?2#YTjR
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 evg 7d
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!