面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) n'1'!J;Q
a^U~0i@[S
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。 8s{?v&p
一、传统过程化设计思想 m908jI_So
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: kM8{Cw
public class MediaPlayer aj^wRzJ}zA
{ sEJC-$
private void PlayMp3() 7!WA)@6
{ vw,rF`LjZ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Jg}K.1Hs
} Uu 8,@W+
\%]I{
private void PlayWav() $5D,sEC@
{ !K
f#@0E..
MessageBox.Show("Play the wav file."); G 0%6ch^%
} L|P5=/d
1i[FY?6`dh
public void Play(string audioType) fC,:{}
{ CCBfKp
switch (audioType.ToLower()) ]vWKR."4
{ 8_<4-<}P:
case ("mp3"): AV9m_hZt
PlayMp3(); tg]x0#@s
break; 8>,jpAN}r
case ("wav"): ;s`sn$@
PlayWav(); S}p4iE"n
break; Dn&D!B
} <:SZAAoIV
} X/iT)R]b
} e/0<[s*#Q
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*qP ;#
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。 mEw ~yOW]M
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! fFb_J`'ue
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。 h4q|lA6!k8
二、面向对象设计思想 S S2FTb-m
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! &|f@$ff
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: GrUCZ<S
public class MP3 Jn{OWw2
{ G:~k.1y[
public void Play() {} 3${
{ bGc~Wr|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (h>-&.`&
} >-H{Z{VDd
} ^h69Kr#d4
T6 '`l?H`;
public class WAV E\Rhz]G(
{ 9 FB19
public void Play() u(fm@+$^
{ |&RU/ a
MessageBox.Show("Play the wav file."); qWQ/'M
} 8C*c{(4
} Y;?{|
Z'"tB/=W
Public class MediaPlayer .Y&)4+ckL
{ ;M)QwF1
switch (audioType.ToLower()) 3j\1S1
{ KET2Ws[w
case ("mp3"): |S_eDjF
MP3 m = new MP3(); *MKO
I'
m.Play(); `{dm;j5/y
break; vX/T3WV
case ("wav"):
OX\A|$GS
WAV w = new WAV(); Lm%:K]X
w.Play(); ML|FQ
break; k?+?v?I
=
} )h7<?@wv&
} bbE!qk;hEP
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。 As'=tIro
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) nAv#?1cjz
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。 E|iQc8gr&
public class AudioMedia Zy`m!]G]80
{ $g>IyT[
public void Play()
YtmrRDQs
{ =l+yA>t|
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 2LF/H$]o5
} p {T*k'
} "&Y`+ 0S8
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)。 +S o4rA*9
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: ItNz}4o|d
public abstract class AudioMedia !|^|,"A)
{ ,o86}6Ag
public abstract void Play(); Te"ioU?.
} CsGx@\jN
8\+uec]k
public class MP3:AudioMedia -t!~%_WCv
{ Va"0>KX
public override void Play() ;U/&I3dzV
{ OP[@k
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (C\]-E>
} ^aItoJq
} T(id^ w
lXW%FH6c+
public class WAV:AudioMedia Tp?7_}tRi
{ 9ijfRqI=x
public override void Play() XP!S$Q]D
{ SW@$ci
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ni9/}bb
} W=N+VqK
} n(1l}TJy
R0KPZv-
public class MediaPlayer <sb~ ^B
{ =W(Q34
//根据需要完成任务的单向分派 X_q\S g
public void Play(AudioMedia media) G/)O@Ugp
{ o_izl\
media.Play(); 1+_`^|eK
} t%d Z-Ym
} YL!P0o13r
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)。 h0g8*HY+}
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。 ;AG8C#_
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: g2+2%6m0
public abstract class VideoMedia g|o,uD
{ /CrSu
public abstract void Play(); rDdoOb]B
} (p" %O
; 5*&xz
public class RM:VideoMedia IPS4C[v
{ 8SMxw~9$
public override void Play() ik)|{%!K]H
{ ?qb}?&1
MessageBox.Show("Play the rm file."); ?tWaI{95I
} M H|Og84
} ahusta
5?f ^Rz
public class MPEG:VideoMedia /!0={G
{ ]vAz
public override void Play() * `JYC
{ 2R[:]-b
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); +Q/R{#O
} D,k6$`
} p/ ,=OaVU
.#EFLXs
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 #NQMy:JHD)
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: FUiRTRIYe
-M\<nx
public interface IMedia {B~QQMEow
{ 4VHn \
void Play(); )~X2
&^orW
} y#`tgJ:
,<.V7(|t)
public abstract class AudioMedia:IMedia %[GsD9_-
{
\__i
public abstract void Play(); R7%#U`Q^A
} [|v][Hwv
\<bx[,?
public abstract class VideoMedia:IMedia n3WlZ!$
{ oe^ I
public abstract void Play(); <3nMx^
} 6 W/`07'
rm7ANMB:
这样再更改MediaPlayer类的代码: Zj(AJ* r
public class MediaPlayer h0EEpL|\
{ 'B|JAi?
public void Play(IMedia media) Y_liA
{ "MeVE#O
media.Play(); Y/F6\oh
} J4hL_iCQ
} R*,MfV
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w?L6!) oiz
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。 10Q ]67
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。 [NTzcSN.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cZ,b?I"Q%
{ x>K Or,f
IMedia media = null; Ov@gh
kr
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) "Bkfoi
{ l$KA)xbI
case ("mp3"): Da*?x8sSL
media = new MP3(); g&L!1<,
p
break; h4gXvPS&r
//其它类型略; ic:zsuEm
case ("rm"): '@v\{ l
media = new RM(); s S+MqBh&I
break; #^0R&) T
//其它类型略; b=C*W,Q_#
} h'llK6_)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); fgTg7 m
player.Play(media); ]h`&&B qt
} k t#fMd$
l:~/<`o
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HQdxL*N%^
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。 LVM%"sd?
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。 |l^uEtG
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。 RMV/&85?y
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: n&4N[Qlv,
public interface IMediaFactory B3`5O[6
{ 'ZF{R3Xu
IMedia CreateMedia(); =ZznFVJ`={
} 1ba~SHi
bSlF=jT[S
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: /{J4:N'B>
public class MP3Factory:IMediaFactory t.y2ff<[U
{ NN{?z!
public IMedia CreateMedia() /U*C\ xMm
{ s]0{a.Cpv
return new MP3(); M]
%?>G
} 9rX&uP)j^#
} 3*XNV
//其它工厂略; r|8d
4
;4\2.*s
public class RMFactory:IMediaFactory i^&~?2
{ <NY^M!
public IMedia CreateMedia() p`dU2gV
{ x_}:D *aI
return new RM(); |^I0dR/w:
} 2,oKVm+
} &t@jl\ND
//其它工厂略; s c,Hq\$&
^)S;xb9
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。
DPxM'7
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: O63<AY@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .VJMz4$]O
{ uAq~=)F>,
IMediaFactory factory = null; &{hL&BLr
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \)904W5R
{ =o(5_S.u;
//音频媒体 SM#]H-3
case ("mp3"): n)-$e4u2
factory = new MP3Factory(); T*Exs|N2P-
break; HZB>{O
//视频媒体 /SR*W5#s
case ("rm"): /9*B)m"
factory = new RMFactory(); ~
'cmSiz-
break; CyFrb`%
//其他类型略; `2WFk8) F
} H5B:;g@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); wu!59pL
player.Play(factory.CreateMedia()); L#?Ek-
} Yui3+}Ms
[Td4K.c
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 [A~xy'T
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: %P/Jq#FE.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) TDKki(o=~
{ Tbih+#?
IMediaFactory factory = null; '~<m~UXvD#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sN*N&XG
{ .Iw AK/QS
case ("mp3"): qPK*%Q<;
factory = new MP3Factory(); \;3~a9q%
break; B$ PP&/
//其他类型略; ~d4 )/y
case ("rm"): QB uMJm
factory = new RMFactory(); Xm}/0g&7
break; ~O0 $Suv
//其他类型略;
hoUD;3
} [Cz-i
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9'giU r
media.Play(); mt{nm[D!Xp
} 4<Utmr
kk@fL
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。 -q1??u
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。 g`' !HGY
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。 O)*+="Rg
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: IGQaDFr
D 6Ui!
<appSettings> 4y?n
[/M/
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> :Zbg9`d*
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> m@2QnA[4
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> q4:o#K#
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> @ $ ;q;
</appSettings> mbTEp*H
QL&ZjSN
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: Ys!82M$g
private void InitMediaType() D9=KXo^
{ t ;;U}
cbbMediaType.Items.Clear(); FEz-+X<q2
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ZF9z~9
{ ghG**3xr
cbbMediaType.Item.Add(key); xQ-<WF1i
} .+3g*Dv{&
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; a`E#F]Z
} {9&;Q|D z
M#4pE_G
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: &tLgG4pd
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;~)5s'
{ yiXSYD
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); pk$l+sNZ=
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); f;o5=)Y
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; >=I|xY,
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, TCwFPlF|
factoryDllName).Unwrap(); ~F|+o}a`
IMedia media = factory.CreateMedia(); =vCY?I$P
media.Play(); NqazpB*
} jKAEm
+ZaSM~
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。 p J!
mw\:
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: taHJ u b
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 K( c\wr\6
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!