面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) `GW&*[.7
Maq`Or|4
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。 @eeI4Jz
一、传统过程化设计思想 U,Uy0s2r
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: od5nRb
public class MediaPlayer m;\nMdn
{ jf`w8*R
private void PlayMp3() =}kISh
{ mXyN{`q=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U;4i&=.!
} "uT2 DY[
sve} ent
private void PlayWav() h@\-]zN{
{ {:*G/*1[.
MessageBox.Show("Play the wav file."); ej@4jpHQN
} U5TkgHN{y
tpEy-"D&
public void Play(string audioType) wpt$bqs|1
{ nW"O+s3
switch (audioType.ToLower()) VevG 64o
{ K-)!d$$
case ("mp3"): D_0sXIbg
PlayMp3(); HcJ!(
break; o$l8"Uv
case ("wav"): =0]K(p,
PlayWav(); y6tqemz
break; yP"}(!~m
} UPr&
`kaJ
} d~r A`!s7`
} &9)/"
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 v%AepK&
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 YTZ :D/
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Zi+F IQ(
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 1fMV$T==K
二、面向对象设计思想 #::+# 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! 6H:
fg
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: ,b -
public class MP3 Anu:
{ BYMdX J
public void Play() *#b
e
{ @vyEN.K%mm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8 yi#] 5`Q
} dm[cl~[
Q
} b@8z+,_
cZ|NGkZ
public class WAV *EvW: <
{ KJ32L
public void Play() Q"D
{ j0~am,yZ
MessageBox.Show("Play the wav file."); jT$J~MpHh
} } % Ie
} ]r3/hDRDL@
Qs
za,09
Public class MediaPlayer Y:O|6%00Y
{ %a
WRXW@c
switch (audioType.ToLower()) %LP4RZ
{ , +J)`+pJx
case ("mp3"): k<Gmb~Tg1
MP3 m = new MP3(); AVw oOvJ
m.Play(); i0/QfB%O
break; b way+lh
case ("wav"): @@U
WAV w = new WAV(); >A X_"Q~
w.Play(); ZCj1Cz]"l<
break; SyI~iW#Y1
} Qt{){uE
} iTq&h=(n
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 tt2
S.j
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9ghzK?Yc
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 X"d"a={]
public class AudioMedia y3b"'-%
{ c`\/]
public void Play() ]tT=jN&(
{ WwTl|wgvyI
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); XZ]ji9'
} !;(Wm6~*ad
} ()Kaxcs?+
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 kN1R8| pv
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: %m f)BC
public abstract class AudioMedia C.:S@{sK
{ M^Z=~512g
public abstract void Play(); !KOa'Ic$V
} e,p*R?Y{[
[(_,\:L${
public class MP3:AudioMedia Be@g|'r
{ R|(X_A
public override void Play() NYP3u_
QX
{ ~Yg)8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +@!\3a4!
} fXWE4^jU
} )'f=!'X
-r<8mL:yW
public class WAV:AudioMedia $Ugc:L<h+
{ #~/9cVm$
public override void Play() (0Br`%!F
{ )#M$ov
MessageBox.Show("Play the wav file."); )#i"hnYpQ
} Y%
\3 N
} beikzuC
*j]Bo,AC
public class MediaPlayer x3FB`3y~s
{ r2+ZxMo|
//根据需要完成任务的单向分派 WvT H+
public void Play(AudioMedia media) +g7]ga
{ ?+7~E8
media.Play(); S@3`H8 [
} 4(P<'FK $
} F*#!hWtb
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)。 n:wAxU
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。 ]zyT_}&
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: AN:s%w2
public abstract class VideoMedia f/8&-L
{ @]#[TbNo
public abstract void Play(); 0aY\(@
} nTo?~=b
`3ha~+Goo!
public class RM:VideoMedia w=(dJ(7gu
{ 5lD`qY
public override void Play() YHom9&A
{ km9#lK
MessageBox.Show("Play the rm file."); t^K Qv~
} iR9duP+
} xg,
9~f[
ob/<;SrU<
public class MPEG:VideoMedia 3=oxT6"k
{ fA<os+*9i
public override void Play() =J)-#|eZG
{ SC%HHu\l
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); |,`"Omb9+m
} !9HWx_,|Z
} oXht$Q
~Azj Y 8
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。 9v;[T%%
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: cy!P!t,@
&L?]w=*
public interface IMedia eP:\\;
;
{ q1L>nvE
void Play(); $Bc3| `K1v
} V >eG\
b|k^
public abstract class AudioMedia:IMedia #W/Ch"Kv
{ <m~8pM
public abstract void Play(); <5j%!6zo
} }jC^&%|
E A55!
public abstract class VideoMedia:IMedia 0[d*Z
{ AU)\ lyB
public abstract void Play(); ! jApV
} QR( ;a:
h P WP6;Z
这样再更改MediaPlayer类的代码: S2|pn\0V
public class MediaPlayer V\L%*6O
{ &$2d=q8mh
public void Play(IMedia media) jPz1W4pk
{ >#&2 5,Q
media.Play(); N.Q}.(N0
} seAPVzWUU
} NQuqM`LSQ
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 T zS?WYF
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ,d lq2
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 i9qIaG/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) l44QB8
9
{ 4HZXv\$
IMedia media = null; 2#yDVN$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) N$t<&5+
{ pN9U1!|uam
case ("mp3"): 6hR `sE
media = new MP3(); C7W<7DBf
break; <3j`Z1J
//其它类型略; %zY5'$v `
case ("rm"): x<rS2d-Y
media = new RM(); P~lU`.X}
break; t OJyj49^a
//其它类型略; %ueD3;V
} }.8yKj^p
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \i-CTv6f
player.Play(media); `ItoL7bi
} kzK9.
x%ccNP0
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 KrG,T5
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。 NhTJB7
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。 >iG3!Td)y
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。 -@]b7J?`k
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: :|ahu
public interface IMediaFactory 6XCFL-o-
{ Ja&S_'P[
IMedia CreateMedia(); KlS#f
} GB}=
dP_bFU zg
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: ,gG RCp
public class MP3Factory:IMediaFactory W?wt$'
{ 8_Uhh5[
public IMedia CreateMedia() m:0[as=
{ 3'i(wI~<[
return new MP3(); hP.Km%C)0n
} s3@mk\?qMe
} P4{~fh (
//其它工厂略; "Lk BN0D
b+arnKo1fk
public class RMFactory:IMediaFactory .I#_~C'\
{ A1Uy|Dl
public IMedia CreateMedia() B1U!*yzG6
{ kMLJa=]$
return new RM(); tEo-Mj5:
} NMhpKno
} rx9y^E5T`;
//其它工厂略; q o^mp
+%klS `_
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。 ="vg/@.>i
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: ]=i('|YG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) D{y7[#$h$
{ H =~7g3
IMediaFactory factory = null; *[b>]GXd49
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 88S:E7
$
{ Y}2Sr-@u
//音频媒体 gE^pOn
case ("mp3"): y4I Qa.F
factory = new MP3Factory(); j6k"%QHf
break; uH'? Ikx"
//视频媒体 7hPwa3D^
case ("rm"): / bH2Z
factory = new RMFactory(); :Ru8Nm
break; %-K5sIz
//其他类型略; 84e8z {
} -z-yk~F
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;&}z
L.!jo
player.Play(factory.CreateMedia()); (jyufHm
} f9kdO&
xw_)~Y%\
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。 (4ZO[Ae
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: -K8F$\W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o^"OKHU,S0
{ |sFd5X
IMediaFactory factory = null; @+p(%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
f.aa@>
{ H7Z`a QC
case ("mp3"): {29aNm
factory = new MP3Factory(); /#@tv~Z^
break; j[w=pF,o
//其他类型略; HRM-r~2:-]
case ("rm"): -gt?5H h
factory = new RMFactory(); oyk&]'>
break; .b<W*4{j0H
//其他类型略; :wg=H
} 0#uB[N
IMedia media = factory.CreateMedia(); Qhc;Zl
media.Play(); J#i7'9g
} _Ds,91<muQ
y`7<c5zD
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 M&faa7
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 QT%vrXzz
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ao .vB']T
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: a.?U$F
~Sm6{L
<appSettings> >35w"a7S
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> _$D!"z7i
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> h.ftl2>
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> eu_ZsseZ
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> C%]qK(9vvd
</appSettings> 8{i}^.p
?r8hl.Z>
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: $Q'z9ghEg
private void InitMediaType() v_/<f&r
{ k_1@?&3
cbbMediaType.Items.Clear(); lic-68T
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) HOPy&Fp
{ Nz`v+sp
cbbMediaType.Item.Add(key); r[;d.3jtP
} X;)/<:mX
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ceCO *m~
} qS!N\p~>
Pz:,de~5Qm
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 9Sd?,z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e?+-~]0
{ m$v >r\*X
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); \>lA2^Ef
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); =l*xM/S
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; VzHrKI
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, !|u?z%
factoryDllName).Unwrap(); |?g-8":H8P
IMedia media = factory.CreateMedia(); "gm5DE
media.Play(); D g0rVV6c
} ;i?2^xe^~c
0hGmOUO
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。 UXpp1/d|e
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: vF'>?O?
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ;sAGTq
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!