面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Y>&Ew*Y
PK4iuU`vh
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。 ]TyisaT
一、传统过程化设计思想 &JtV'@>v
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: ^tCd L@$AS
public class MediaPlayer ]C:l,I
{ *>+,(1Fz
private void PlayMp3() E_bO9nRHV
{ Y
"VY%S^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {U_$&f9s
} R?p00
m]cHF.:5
private void PlayWav() &CG*)bE
{ |a#f\
MessageBox.Show("Play the wav file."); eVM/uDD
} g{P%s'%*
H
Tz
public void Play(string audioType) eEn;!RS)
{ V}zEK0n(6
switch (audioType.ToLower()) p+Y>F\r&w
{ A+UU~?3y
case ("mp3"): ?K3(D;5
&i
PlayMp3(); Rv/Bh<t
break; w$u3W*EoU^
case ("wav"): q]\g,a
PlayWav(); b? j< BvQ
break; U2%.S&wS,e
} "5,
} dzkw$m^@^
} 0]jA<vLR
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。 t2r?N}"P
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。 ~jb"5CX
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! ]J#9\4Sq
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。 nQ/E5y
二、面向对象设计思想 i}~SDY
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! nYJTKU
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:
J;prC
public class MP3 @ G4X
{ Q[d}J+l4{
public void Play() ku..aG`
{ hnznp1[#@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wGZR31
} T]?n)L,2
} LvEnX S
]]"jw{W}A
public class WAV %H+\>raLz
{ Z?O*'#yn
public void Play() {b@KYR9K
{ C*G=cs\i
MessageBox.Show("Play the wav file."); D3x /OyG(
} oaK%Ww6~
} t>uN'oCyC
a<h1\ `H7
Public class MediaPlayer }`NU@O#
{ kVD(Q~<
switch (audioType.ToLower()) %G?;!Lz
{ 1DA1N<'
case ("mp3"): {Ions~cO)
MP3 m = new MP3(); T_lsGu/
m.Play(); "jaJr5Wv=y
break; mB\C?=_
case ("wav"): 2"-S<zM
WAV w = new WAV(); ~%2pp~1K
w.Play(); sIv)'
break; jU5 }\oP@
} 7^Yk`Z?|a
} g38&P3/
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。 ,p9i% i
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) I=!rbF;Z
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。 M1%Dg'}G
public class AudioMedia _A0mxq
{ J=dJsk
public void Play() UG<79"\i
{ ]@M5&
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); /o2P+Xr8"
} 8x[YZ@iM-
} /NFz4h=>
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)。 bTSL<"(]N
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: c1xrn4f@a
public abstract class AudioMedia *;XWLd#
{ Y+3!f#exm
public abstract void Play(); w2xG_q
} u@3y&b
ov\HsTeZ
public class MP3:AudioMedia o5n^!gi4
{ $v b,P(
public override void Play() W@2vjz
{ e9E\% p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); l)-Mq@V
} &k8vWXMGk%
} w;e(Gb%9
uZi.HG{<)
public class WAV:AudioMedia &,.Y9;
b
{ Ei2%DMN7)
public override void Play() p\Lq}tk<
{ {W\T"7H
MessageBox.Show("Play the wav file."); SAY
f'[|w
} :h1pBEiH
} zW8*E E+,
Hp|}~xjn
public class MediaPlayer v0 Ir#B,[H
{ ]p!Gt,rYq
//根据需要完成任务的单向分派 WGAXIQ
public void Play(AudioMedia media) -<#!DjV6(
{ hwqbi "o
media.Play(); =KT7nl
} -ti{6:H8
} .6~`Ubr}E
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 **>/}.%?K
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 /xJqJ_70X
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: g`>og^7g
public abstract class VideoMedia R3X{:1{j
{ {w
<+_++
public abstract void Play(); pZZf[p^s|
} c={Ft*N
HWm#t./
public class RM:VideoMedia syzdd
an
{ 4"=Vq5
public override void Play() _3Cn{{ A0
{ :3$}^uzIq
MessageBox.Show("Play the rm file."); ]P[%Mhg^
} xE-7P|2
} ?U7) XvQ
aTzDew
public class MPEG:VideoMedia _P?\.W@
{ x#C@8Bxq=
public override void Play() :|1.seLQ
{ Q# ?wXX47
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); M=]5WZO~A
} X_$a,"'~)
} ;
"3+YTtp
~np,_yI
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 ^S#t|rN
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: G9g6.8*&
},[;O^Do^{
public interface IMedia /VHi>
{ H UWxPIu
void Play(); NcM>{{8
} bY~@}gC**@
rx :z#"?I
public abstract class AudioMedia:IMedia !q"CV
{ l\$+7|W
public abstract void Play(); P;]F=m+*V
} [hRU&z;W
~svO*o Wa
public abstract class VideoMedia:IMedia Vc3mp;6"
{ OJb*VtZz5R
public abstract void Play(); s:y
^_W)d
} #&,H"?"
AD('=g J
这样再更改MediaPlayer类的代码: VzlDHpG
public class MediaPlayer K^t?gt@k}
{ +' oX
public void Play(IMedia media) IK^~X{I?
{ 7L:7/
media.Play(); insY(.N
} +[. Yy
} W}'WA
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 as"N=\N
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 /\Q*MLwD
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 =wq;@' U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r(2R<A
{ cyd~2\Kv~
IMedia media = null; !~-6wN"k
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +7}iu/B!9
{ /OGA$eP
case ("mp3"): 9x`4RE
media = new MP3(); iz"3\{aN
break; !Ngw\@f
//其它类型略; KbxR
Lx]w
case ("rm"): xU9@$am
media = new RM(); AN9[G
break; 5c-N0@\
//其它类型略; (S^ck%]]a!
} ?PPZp6A3L=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); v@EQ^C2.&
player.Play(media); yy(A(}
} UmK X*T9
?H R%bngK
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 @=uN\) 1
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。 $1*3!}_0
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 gH:ArfC
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Wf>^bFb"$
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: 7uI#L}y
public interface IMediaFactory x|~zHFm6
{ $GF]/;\m
IMedia CreateMedia(); RHNk%9
} #%S0PL"x U
_`a&9i
&
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: .gYt0raSY
public class MP3Factory:IMediaFactory '5H4z7)
{ (xyS7q]m
public IMedia CreateMedia() 8TZENRzx-|
{ nwM)K
return new MP3(); h
; kfh.
} </E>tMW
} b7h+?!H]R
//其它工厂略; P -Fg^tl
&:#m&,tQ
public class RMFactory:IMediaFactory .]76!(fWZ
{ =ak7ldA=2
public IMedia CreateMedia() 9XV^z*E(J
{ IjZ@U%g@;
return new RM(); =l`OHTg
} W8aU"_
} RazBc .o<
//其它工厂略; .gT4_
&2.+Igo|G
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 C}CKnkMMD
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: V,LVB_6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m4/}Jx[
{ J4yt N3
IMediaFactory factory = null; QB1M3b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) %<}=xJf>1
{ m)f|:MM
//音频媒体 ?y-s20Kd
case ("mp3"): 4#Eul
factory = new MP3Factory(); Jyu`-=It
break; wq72%e
//视频媒体 J_ V,XO
case ("rm"): zLek&s&-
factory = new RMFactory(); FDLd&4Ex
break; V-vlTgemwc
//其他类型略; W(@>?$&
} k:P$LzIB
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); (K!4Kp^m
player.Play(factory.CreateMedia()); SFO&=P:U
} koH4~m{
d=e{]MG(
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。 .C5@QKU
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: T"W9YpZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %ejeyc
{ iVeQ]k(u
IMediaFactory factory = null; $pFk"]=
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Kpg:yrc['
{ VG#Q;Xd}
case ("mp3"): sb'p-Mj
factory = new MP3Factory(); _pSIJ3O
break; "=A|K~b
//其他类型略; B| Q6!
case ("rm"): rl|Q)A{
factory = new RMFactory(); K/Jk[29"\
break; KO-a; [/
//其他类型略; MFTC6L+T
} ;c)! @GoA
IMedia media = factory.CreateMedia(); o>!JrH
media.Play(); N5\{yV21",
} #Wx=v$"
nW&$~d
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 rv?!y8\
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 2nx9#B*/T
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 WF)s*$'uz;
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: r~[B_f!
K\X: G-C9
<appSettings> |#cAsf_{
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 9cOx@c+/
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> E$T(Qu<-
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> l"L+e! B~
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> KnFQ)sX^
</appSettings> !Mil?^
tw86:kYEz
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: S.]MOB dt
private void InitMediaType() )G4rJ~#@
{ %Qd3BZ
cbbMediaType.Items.Clear(); ZeTL$E[E}
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -aN":?8(G
{ irmwc'n]
cbbMediaType.Item.Add(key); cUC17z2D
} ._ih$=
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ^^
j/
} R2Yl)2
D
ni0LQuBp
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \-G5l+!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j ]HE>
{ uTw|Q{ f
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); pe#*I/)b
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Yhk6Uog{4
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; pVz pN8!
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, /Tcb\:`9
factoryDllName).Unwrap(); ^yD"d =z
IMedia media = factory.CreateMedia(); .$^wy3:F"
media.Play(); CLktNR(45
} Zx9.p Fc"
qSR?,G
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。 X?kPi&ru
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: <THUsY`3P&
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 xiJz`KD&
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!