面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) A(*c|Aj9
66-tNy
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。 sa TS8p z
一、传统过程化设计思想 ^yX >^1
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: S ,x';"
public class MediaPlayer )=VAEQhL-
{ L'w]O
-86
private void PlayMp3() 1Qw_P('}
{ bXSAZWf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @'<=EAXe
} qrf90F)
J7Mbv2D
private void PlayWav() IN75zn*%
{ Tje(hnN
MessageBox.Show("Play the wav file."); -3u ;U,}
} k [LV^oEg
Iz[ohn!f
public void Play(string audioType) M!aJKpf
{ &["e1ki
switch (audioType.ToLower()) d(yTz&u)
{ 6Yl+IP];i
case ("mp3"): oL~?^`cGZ
PlayMp3(); @nAl*#M*D
break; "W~vSbn7
case ("wav"): R.cR:fA
PlayWav(); X'U~g$"(+
break; ]!j%Ad
} 1|m%xX,[
} pp{2[>
} m%=*3gH]&
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 R?IRE91 :
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Y?3f
Fg
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! [+_>g4M~%
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 4fL`.n1^
二、面向对象设计思想 g^^pPVK_
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 7pou(U
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: IdM~'
Q>\
public class MP3 >g m
{ q[GDK^-g
public void Play() lQd7p+21
{ fm L8n<1
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); d8iq9AP\o
} 6bPl(.(3
} S9{A}+"K
jtUqrJFlQ
public class WAV &isKU8n
{ {PR "}x
public void Play() rzs-c ?
{ )xiu
\rC
MessageBox.Show("Play the wav file."); [N12X7O3
} d&\3}uH
} Z&79: 9=#>
=^SxZ Bn
Public class MediaPlayer \2]_NU5.
{ \Hdsy="Dnh
switch (audioType.ToLower()) lF_"{dS_6(
{ xP,b/T#a
case ("mp3"): X`1R&K;z^
MP3 m = new MP3(); uaz!ze+
m.Play(); qXhdU/
=
break; 0zE@?.
case ("wav"): ^,,}2dsb>
WAV w = new WAV(); [Ky3WppR
w.Play(); .T)wG;+
break; ,ryL("G
} .`Q^8|$-K
} #=VYq4B=
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。 !=A;?Kdq
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) z:@:B:E
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。 UoPY:(?;i
public class AudioMedia ^5.XQ0n
{ Bp3E)l
public void Play() 5mC"8N1)
{ yIrJaS-
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); IvT><8<G
}
?C#E_
} u*TC8!n
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)。 R(`:~@3\6
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: D}q"^"#T
public abstract class AudioMedia nYFrp)DLK
{ -(t7>s
public abstract void Play(); NC#F:M;b
} I O:*F0
Qr9;CVW
public class MP3:AudioMedia T!8^R|!a6
{ *<\K-NSL
public override void Play() s4~[GO6>
{ 'gvR?[!t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Zym6btc
} nuXL{tg6
} ~/]]H;;^u
USEb} M`
public class WAV:AudioMedia v6s,lC5qR
{ 68Gywk3]=u
public override void Play() 1^4:l!0D
{ viG,z4Zf
MessageBox.Show("Play the wav file."); O=A2QykV(
} H*'1bLzq
} 8o$rF7.-
RqtBz3v
public class MediaPlayer ]xr0]
{ ;^5k_\
//根据需要完成任务的单向分派 <Gi%+I@szl
public void Play(AudioMedia media) A^>@6d $2
{ f9W:-00QD
media.Play(); >ESVHPj]
} ;:fW]5"R
} S^eem_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)。 cm(*F0<
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。 <w{?b'/q
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: }l|S]m!
public abstract class VideoMedia ]>t~Bcnm
{ j#1G?MF
public abstract void Play(); 6^ wI^`NI
} STp9Gh-
D%p*G5Bg3
public class RM:VideoMedia `RL
Wr,h
{ Aqmpo3P[+
public override void Play() m2c'r3 UEu
{ \8 `7E1d
MessageBox.Show("Play the rm file."); <+_XGOt0<
}
/MGapmqV9
} wq$$.
.E
EtKq.<SJ
public class MPEG:VideoMedia eDJnzh83
{ )G/bP!^+(
public override void Play() (/e&m=~
{ wJy]Vyd
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); U?*zb
} um.ZAS_kmc
} ^M'(/O1
ye^x>a['
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 *;fTiL
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: x+X@&S
o,*m,Qc
public interface IMedia /)ZjI
W"|
{ @dWA1tM
void Play(); b^/u9
} &C9IR,&
|+Y-i4t
public abstract class AudioMedia:IMedia 6}^x#9\
{ kE&R;T`Gb%
public abstract void Play(); >C0B!MT?3%
} 7=P)` @
6] x6FeuS
public abstract class VideoMedia:IMedia w2s`9
{ gP%<<yl
public abstract void Play(); oGcgd$%ZB
} <Wn~s=
`% 9Y)a/e
这样再更改MediaPlayer类的代码: :3D8rqi:
public class MediaPlayer |]&3*%b@
{ ,}t%7I
public void Play(IMedia media) T|~5dZL
{ K*@?BE
media.Play(); 'V&g"Pb
} $H<_P'h-B
} V%R]jbHZ#
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (JbRhcg
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 x6/u+Urn
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 ?NoNg^ Of
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ku[q#_7
{ O60T.MM`
IMedia media = null; G#7*O`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i+`8$uz
{ +3))G
case ("mp3"): zZ[kU1Fyv
media = new MP3(); Z\0wQ;}
break; !XTzsN
//其它类型略; upMs yLp(
case ("rm"): _{o 3 y"DZ
media = new RM(); b'O/u."O
break; nAQ[
-NbW,
//其它类型略; {L$$"r,
} ,zjz "7'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); BsA4/Bf
player.Play(media); 9"[,9HN
} W%rUa&00
%R5- 6
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 `@y~ JNf!
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。 1#Vd)vSP
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。 P,8TO-e7
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。 D&fOZVuqZ
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.I%B
public interface IMediaFactory l(1.Ll
{ );HhV,$n
IMedia CreateMedia(); B/16EuH#
} \>\ERVEd
M[985bl
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: RSAGSGp
public class MP3Factory:IMediaFactory 3_RdzW}f
{ ?jmL4V2-f
public IMedia CreateMedia() <mJ8~
{ /sYr?b!/<6
return new MP3(); 8A0a/
7Lj
} U^}7DJ
} )W_akUL
//其它工厂略; 9<&*iIrM
6# bTlmcg
public class RMFactory:IMediaFactory # ,H!<X;SS
{ A p zC
public IMedia CreateMedia() (<.\v@7HC
{ I>8_gp\1
return new RM(); n+
H2cl }
} O\!'Ds+gX
} jcC"vr'u|
//其它工厂略; #HP-ne; #
aY4v'[
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 B3yTN6-
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: M4|ION
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^$`mS&3/q
{ tW!*W?
IMediaFactory factory = null; %O!xrA{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t!xdKX& }
{ ~[F7M{LS
//音频媒体 X
case ("mp3"): W2%@}IDm
factory = new MP3Factory(); \(`2 @
break; `
,SNq i
//视频媒体 ,yp#!gE~
case ("rm"): %Cj_z
factory = new RMFactory(); DBGU:V,85
break; gKQs:25
//其他类型略; GwA\>qXw
} +tt!xfy
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [CI0N
I6F
player.Play(factory.CreateMedia()); o[RwK
} l['p^-I
O46v
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。 p,f$9t4
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: I5QtPqB>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `t9k!y!GV
{ X.
Ur`X
IMediaFactory factory = null; 1=T;6 8B
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 'C`Ykjf
{ MSBrI3MqQ
case ("mp3"): @+~>utr
factory = new MP3Factory(); [+l6x1Am
break; v>nBdpjXh
//其他类型略; CAx
eJ`Q
case ("rm"): j[mII5e7g
factory = new RMFactory(); d@$bPQQ$,
break; Dk$<fMS,7c
//其他类型略; ai?N!RX%H
} `'5vkO>
IMedia media = factory.CreateMedia(); >z/.8!#Q
media.Play(); z`$c4p6G6
}
@PLJ)RL
&w`DF,k|
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 V?0IMc
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 0WKS
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 lIx./Nf
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: Z]tQmV8e
X@:Y. /
<appSettings> sV5") /~
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> zkqn>
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> j_h:_D4
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> JKrS;J^97v
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Zo^]y'
</appSettings> SsZSR.tD
%\|{_]h}y
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: /J!:_Nq
private void InitMediaType() <Uj9~yVN]
{ d+5~^\lV
cbbMediaType.Items.Clear(); olL? 6)gC
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) |6^%_kO!|
{ _/%,cYVc8!
cbbMediaType.Item.Add(key); Px*<-t|R-
} b5
NlL`g
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 4 83rU
} zA.0Sm
`F&~SU,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: IFS_DW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (C).Vj~
{ XpE847!soL
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); :-Py0{s
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
Su?cC/
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; k 9z9{
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, -}h^'#
factoryDllName).Unwrap(); to,\n"$~!
IMedia media = factory.CreateMedia(); eMFxdtH
media.Play(); >zL5*:G
} O&|<2Qr
$7g+/3Fu^
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。 woPj>M
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: E!mv}
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 t:vBVDkD
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!