面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) C]=E$^|{
dY-a,ch"8p
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 {hg$?4IyQ
一、传统过程化设计思想 c&Zm>Qo[
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: g?$9~/h :;
public class MediaPlayer G>RYQ{O
{ C(0Iv[~y/
private void PlayMp3() ^p7(
{ =hs@W)-O
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4P~<_]yf
} \~)573'
GO)rpk9
private void PlayWav() %|,<\~P
{ RrZjC
MessageBox.Show("Play the wav file."); Nz}Q"6L
} #wjBMR%
.FXQ,7mZ-
public void Play(string audioType) 654%X(:q
{ ;Z`)*TRp4
switch (audioType.ToLower()) kTk?[BK
{ {f&ga
case ("mp3"): _uu:)%
PlayMp3(); :> q?s
break; Y>#c2@^i<
case ("wav"): j d81E
PlayWav(); OXacI~C
break; *(scSC>
} Ur-^X(nL
} .~U9*5d
} .)3 2WD%
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。 {;}8Z $
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。 sR9F:
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! Ii,:+o%
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。 p_AV3
二、面向对象设计思想 \S<5b&G
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! O+8`.
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: UJH{vjIv
public class MP3 !qpu /
{ P8VU&b\
public void Play() `l+SJLyJ%
{ J9 =gv0
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); bvx:R ~E$
} *Z:PB%d5
} "XY?v8*c
+n, BD C;
public class WAV qC4-J)8Wk
{ jwq"B$ap
public void Play() _Nn!SE
{ .;:xx~G_Q
MessageBox.Show("Play the wav file."); =R'v]SXj
} =e;wEf%`
} uf^:3{1
0|ps),
Public class MediaPlayer ?},ItJ#>)q
{ H+;wnI>@
switch (audioType.ToLower()) _5T7A><q<
{ ^8m+*t
case ("mp3"): (6BCFl:/Q<
MP3 m = new MP3(); *e6|SZ &3
m.Play(); ger<JSL%
break; %8L<KJd
case ("wav"): mb/[2y <
WAV w = new WAV(); ffM(il/2
w.Play(); MP,*W}@
break; 2jW>uk4/i
} zFtGc
} OVyy}1Hx
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。 88>Uu!M=f
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Z ~(XyaN
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。 RNdnlD#P
public class AudioMedia y2R=%EFh6
{ j1F+,
public void Play() %-l:_A
{
PBL^xlg
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); +_eb*Z`5o
} pNlisS
} $)3PF
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 5 DB>zou
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: WO-WoPO
public abstract class AudioMedia ^eW.hNg
{ ?X'*
p<`
public abstract void Play(); ?i~/gjp
} }BJ1#<
hzLGmWN2j8
public class MP3:AudioMedia 2mZ/
3u
{ &%X Jf~IQ
public override void Play() 3@] a#>
{ \=7=>x_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1[l>D1F?
} IBkH+j
} HzV+g/8>A
? ~Zrd
public class WAV:AudioMedia M@g
gLW
{ JJ?ri,
public override void Play() d&bc>Vt
{ Z]TVH8%|k
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]7t\%_
} LtztjAm.
} uAs*{:4n
LH#LBjOZk
public class MediaPlayer l :Nxl
{ z8|9WZ:
//根据需要完成任务的单向分派 ]&U| d
public void Play(AudioMedia media) Noxz kpMF
{ &t/<yq}{
media.Play(); 9yo[T(8
} %`QsX {?,
} ;lH,bX~5
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ,R}KcZG)
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 "IG$VjgcB
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: wmE,k1G
public abstract class VideoMedia R0mT/h2
{ \~t~R q
public abstract void Play(); ' 1'1T5x~
} 9!HMQ
.eNwC .8i
public class RM:VideoMedia !otq
X-
{ W4*BR_H&*
public override void Play() ~e<'t4
{ 0t/y~TrBY
MessageBox.Show("Play the rm file."); ,,_K/='m
} |D`b7h
} Y"kS!!C>[
u7zB9iQ&
public class MPEG:VideoMedia SE)j}go
{ tc<M]4-
public override void Play() \G=R hx f
{ |akC
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); (l8r>V
} WFB|lNf&
} @\`G & VB
q4GW=@eD
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。 DgT.Lku?
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: $;i$k2n:
60%~+oHi~
public interface IMedia Usf"K*A
{ dh;Mp E
void Play(); 0 ,Qj:
} uU(G_E ?
:.[5('
public abstract class AudioMedia:IMedia |vDoqlW
{ ws2j:B
public abstract void Play(); ENXW#{N.v
} 6a]f&={E
oB06{/6
public abstract class VideoMedia:IMedia 0/P-> n~
{ mz$Wo *FB
public abstract void Play(); =R;1vUio
} vYR=TN=Z4
0tm_}L$g=b
这样再更改MediaPlayer类的代码: 4a.e
,gitf
public class MediaPlayer e4YfTr
{ mGpkM?Y"
public void Play(IMedia media) 0SCW2/o8
{ (zJ$oRq
media.Play(); o*wC{VP_
} ";?C4%L
} 2@m(XT
(
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 v8[ek@
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。 b|ksMB>)
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。 &Wv`AoV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "o# )vA`
{ ssX6kgq_(
IMedia media = null; @)Hbgkdi
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zGL<m0C
{ 2mG&@E
case ("mp3"): iWN.3|r
media = new MP3(); $:u7Dv}\
break; 3@TG.)N4
//其它类型略; C*y6~AYN#
case ("rm"): r< ?o}Qq
media = new RM(); O{ %A&Ui
break; 0]eh>ab>
//其它类型略; !OoaE* s
} ^W[B[Y<k
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ghobu}wuF
player.Play(media); oY2?W
} kL PO+lg+
8~s-t
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 =O3I[
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 MY?O/,6
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 i5E:FS^!I
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 iVpA@p
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: |+;K hC
public interface IMediaFactory 'tV"^KQHI
{ dJQ }{,+6
IMedia CreateMedia(); mWN1Q<vn,l
} *@G(3 n
^{fi^lL=
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 4-d99|mv
public class MP3Factory:IMediaFactory zN)|g
{ dW{o+9 nw
public IMedia CreateMedia() Xs%R]KOwt
{ {b-0_
return new MP3(); DNm7z[t{
} X$uz=)
} N1+4bR
//其它工厂略; r>Qyc
rq'##`H
public class RMFactory:IMediaFactory im4e!gRE
{ .sJys SA\
public IMedia CreateMedia() 0.u9f`04
{ TM/|K|_
return new RM(); B'KXQa-$O
} 9o_ g_q
} qrM{b=
//其它工厂略; Ft"&NtXeZZ
fbHWBb
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 TRySl5jx@
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: :_fjml/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p;n3`aVh
{ XC7Ty'#"KX
IMediaFactory factory = null; l?@MUsg+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) "
g0-u(Y
{ O{")i;v@
//音频媒体 iJdrY6qd
case ("mp3"): EG(`E9DZ
factory = new MP3Factory(); _Qm7x>NT4
break; wcdW72
//视频媒体 KB%j! ?
case ("rm"): 'XP>} m
factory = new RMFactory(); +B`'P9Zk@
break; z,}c?BP
//其他类型略; EDq$vB
} KD%xo/Z.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); EU^}NZW&v:
player.Play(factory.CreateMedia()); cwM#X;FGq
} !!-}ttFA
h7de9Rt
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。 nCffBc
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: e8XM=$@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y(/jTS/hd
{ Xc8= 2n
IMediaFactory factory = null; JK(`6qB>(6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) up+.@h{
{ h\D_
case ("mp3"): &prdlh=UE
factory = new MP3Factory(); V5e \%
break; teq^xTUF[
//其他类型略; #514a(6
case ("rm"): ]ZR{D7.?
factory = new RMFactory(); P<cMP)+K
break; ,<0Rf
//其他类型略; RI[7M (
} }J+ce
IMedia media = factory.CreateMedia(); %jbJ6c
media.Play(); *2 qh3
} _S9rF-9G]
q9W~7
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。 .q5J^/kr
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。 54ak<&?
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。 r3+<r<gs
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: aW`:)y&f
zmy4tsmX
<appSettings> 0v_6cYA
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 8X}^~ e
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 45Nv_4s
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> g:3d<CS
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> msA' 5>
</appSettings> ShL1'Z}^{
X[GIOPDx
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: VZT6;1TD$8
private void InitMediaType() 71k!k&Im
{ )CC?vV
cbbMediaType.Items.Clear(); 5 `4}A%@&
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) kP!%|&w;
{ Tm%$J
cbbMediaType.Item.Add(key); ;=5@h!@R
} Qa,NGP.
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; itqQ)\W
} 90
1KeJd&e
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: egZyng
pB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V;>9&'Z3
{ L
Yh@ u1p
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); #d}0}7ue
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); i_|9<7a
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Ez06:]Jd
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, c[(yU#@
factoryDllName).Unwrap(); /#-,R,Q
IMedia media = factory.CreateMedia(); o/tVcv
media.Play(); C-s>1\I
} .+{nA}Bc
EpRXjz
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。 /~H[= Pf
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: mV6#!_"
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 <u6c2!I{
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!