面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) o\[nGf C&
!>j-j
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。 n\U6oJN
一、传统过程化设计思想 r$zXb9a|<
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: E;0"1
P|S
public class MediaPlayer JJXf%o0yq
{ <h[^&CY{
private void PlayMp3() ,0xN#&?Ohh
{ u}_q'=<\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ]dFWIvC
} 8nM]G4H.f
Jo]g{GX[
private void PlayWav() u5[Wr :
{ UqbE
MessageBox.Show("Play the wav file."); %+}\i'j7
} -xlI'gNg7
3{z }[@N
public void Play(string audioType) >EjBknl
{ _qfdk@@g
switch (audioType.ToLower()) H]\H'r"
{ LBR_Q0EP
case ("mp3"): lM]7@A
PlayMp3(); a*`J]{3G
break; 5Jp>2d
case ("wav"): M Cz3RZK
PlayWav(); oT w1w
break; O"GzeEY7
} '|.u*M,b
} Zzs pE}
} DlP=R
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。
NDi@x"];
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 = 8n*%NC
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ]up:pddIh
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Sw~<W%! ?
二、面向对象设计思想 h 9/68Gc?6
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! yL1\V7GI{[
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: O;r8l+
public class MP3 5k @k
{ F7df
public void Play() 3[$VW+YV
{ .KV?;{~q@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); a<Ta *:R$0
} @<+(40`*
} 'tc$#f^:
&q+ %OPV
public class WAV aj:+"X-;
{ P`0aU3pl
public void Play() =y
ff.3mW\
{ 4CqZvdC
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3ul
} |<S9nZg%p
} (fl2?d5+C
pn)5neX{
Public class MediaPlayer Sc(2c.HO*
{ '
x|B'
switch (audioType.ToLower()) ~$5[#\5%G
{ #t\Oq9}^
case ("mp3"): K>-m8.~\E
MP3 m = new MP3(); J_tJj8
m.Play(); _ h#G-
break; }
?
case ("wav"): :98Pe6
WAV w = new WAV(); l#%w,gX
w.Play(); na~ r}77o
break; OTzh=Z^r
} ,}[,]-nVx
} ^I^k4iw4
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 8Og9P1jVh
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) vwg\qKqSM
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 6Rso}hF}}
public class AudioMedia Jyn>:Yq(
{ nHhg#wR
public void Play() ='f>p+*c%
{ YVzK$k'3U
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); f-#fi7
} 5 p750`n
} E:%%Dm
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)。 JprZ6
>
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: n'&WIf3
public abstract class AudioMedia St?vd+(>
{ ^+pmZw90
public abstract void Play(); mZORV3bN
} *`\>J.
,30&VW##
public class MP3:AudioMedia y|X[NSA
{ 7XZ!UC;i
public override void Play() ^0VI J)y
{
o]
=
&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `XTu$+
} sI`Lsd'V
} oo2VT
^LZU><{';
public class WAV:AudioMedia "jy'Dpy0m
{ atYm.qb
public override void Play() +* &!u=%G
{ Ly3^zFW
MessageBox.Show("Play the wav file."); X(/W|RY{@
} >kd2GZe^_J
} 5}1c Np6@
rZ^DiFR
public class MediaPlayer QjPcfR\
{ ' e-FJ')|
//根据需要完成任务的单向分派
N3E=t#n
public void Play(AudioMedia media) o zv><e#
{ Lq yY??\@
media.Play(); XI
pXP,Yy
} ;i1H {hB
} iNha<iS+
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)。 <^M`U>
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。 1Azigd0%
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("_JI
public abstract class VideoMedia R#gip
{ )wAqaG_d
public abstract void Play(); x3]es"4Q
} ]zu"x9-`
-\LB>\;qn
public class RM:VideoMedia ;]|Z8#s
{ )t=Cj?5
public override void Play() Hl] 3F^{
{ .'
#_Z.zr
MessageBox.Show("Play the rm file."); ^oj)#(3C
} =6/0=a[
} r..\(r
0,,x|g$TpT
public class MPEG:VideoMedia C:W}hA!
{ c8#A^q}
public override void Play() W0X?"Ms|a
{ 5`0tG;
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ;A1pqHr
} Ig]Gg/1G
} qbmy~\ZY
;g*ab
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 S.BM/M
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 1S <V,9(
fH>]>2fS
public interface IMedia HA>b'lqBM
{ wR1M_&-s
void Play(); (@mvNlc:
} GV * B$
]7Tjt A.\q
public abstract class AudioMedia:IMedia (@~d9PvB>
{ y$7<ZBG
public abstract void Play(); 9)'L,Xt4:T
} &ciU`//`
]k5l]JB
public abstract class VideoMedia:IMedia 8I3"68c_a
{ jCxw|tmgq
public abstract void Play(); -Y{P"!p0
} nUD)G<v
ZEp UHdin
这样再更改MediaPlayer类的代码: IA!( 'Ks
public class MediaPlayer 7i,}F|#8
{ sd
xl@
public void Play(IMedia media) s7#w5fe
{ \5cAOBja
media.Play(); ._Wm%'uX
} Z25^+)uf*U
} pS;jrq
I#
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 1 f).J
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 Q&rpW:^v
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 `XS6t)!ik
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \|R P-8
{ LS*^TA(I[
IMedia media = null; E$T)N U\
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) w-pdpbHV
{ wz<YflF
case ("mp3"): XzIhFX6
media = new MP3(); G BV]7.
break; tgKmCI
//其它类型略; ,~p'p)
case ("rm"): +eg$Z]Lht
media = new RM(); 8lh{ R
break; ^
1}_VB)^
//其它类型略; FT!|YJz<K
} KFvNsqd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); y".uu+hL`
player.Play(media); l
2y_Nz-;
} [R TB|0Q
9K-=2hvv
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 q4C$-W%rj
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。 HNu/b)-Rb
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。 icOh/G=N;
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。 FhVi|Va
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: "hdcB
0
public interface IMediaFactory !c(B c^
{ 89?$xm _m
IMedia CreateMedia(); *+{umfZy
} eYLeytF]Uy
X!Xl
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ?KDI'>"-v
public class MP3Factory:IMediaFactory n(\5Z&
{ ?kMG!stgp}
public IMedia CreateMedia() iqW
T<WY
{ wM8Gz.9,
return new MP3(); Pfj{TT.#L
} ~&8ag`
} pn<M`,F~q
//其它工厂略; x >hnH{~w
+ffs{g{
public class RMFactory:IMediaFactory I"eXoqh
{ rZm|7A)i
public IMedia CreateMedia() GSj04-T"
{ %{Ez0XwGCn
return new RM(); S7vT=
} [Dni>2@0
} u2,V34b-
//其它工厂略; Y5M>&}N
f^z/s6I0
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 S4508l
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: YtI2Vr/9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7vax[,aI
{ t`1E4$Bb\
IMediaFactory factory = null; G'T/I\tB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) u|t<f`ze
{ F$T@OT6
//音频媒体 ^kA^>vi
case ("mp3"): 1'@/jR
factory = new MP3Factory(); ]U.1z
break; Au(zvgP
//视频媒体 8(J&_7u
case ("rm"): 8T6.Zhv
factory = new RMFactory(); bR"hl? &c
break; bq{":[a
//其他类型略; U2l7@uDr;
} "$#X[.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ]c%yib
player.Play(factory.CreateMedia()); vs}_1o
} G41 gil6k
r*CI6yP
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。 AdMA|!|:hc
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: N'[bA
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jp?;8rS3
{ *<Yn
IMediaFactory factory = null; /<,LM8n
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mv_N ns
{ R%B"Gtl)
case ("mp3"): L>VZ-j
factory = new MP3Factory(); DA;,)A&=Q
break; oU[Ba8qh
//其他类型略; y8=p;7DY
case ("rm"): s8 S[w
factory = new RMFactory(); {YnR]|0&
break; n%GlOKC
//其他类型略; PEqO<a1Z8
} c@H:?s!0R
IMedia media = factory.CreateMedia(); G
Xx7/ X
media.Play(); )* 5R/oy,
} )bN|*Bw3
) inhPd
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。 FaS}$-0
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ti$d.Kc(
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。 )pELCk
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: 6apK]PT
`D)ay
<appSettings> -ZwQL="t
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> y\Su!?4!
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> {hYH4a&Hb
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 4pNIsjl}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> G=?2{c}U
</appSettings> (3PkTQlE
-XNjyXm2
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: }@Rq'VPZd
private void InitMediaType() n/*BK;
{ /Xa_Xg7
cbbMediaType.Items.Clear(); sDNV_}
h
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) *j9{+yO{ZE
{ FgA'X<
cbbMediaType.Item.Add(key); =D88jkQe"
} /HCd52
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; []B9Me
} 1HOYp*{#wP
R1$O )A}k
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: zzmZ`Ya
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &%3$zgvR
{ Fl)p^uUtl
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); f%r0K6p
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); [>+}2-#
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; V^Gz7`^
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, s%Ez/or(T
factoryDllName).Unwrap(); I{>U 7i
5
IMedia media = factory.CreateMedia(); N$#518
media.Play(); 4-lG{I_S:
} 9e^HTUFbG
$x_6
.AOZ,
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。 _m3}0q
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: ch2Q k8
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 H(f~B<7q
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!