面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) t&?im<
Df3rV '/~
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。 6 uKTGc4
一、传统过程化设计思想 &89oO@5
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: 0uBl>A7qhn
public class MediaPlayer wEzKqD
{ i<pk6rO1
private void PlayMp3() mKYeD%Pm*
{ 3sd"nR?aX
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); odIZo|dv
} \U@rg4
?-1r$31p
private void PlayWav() m&|`x
{ LM2TZ
MessageBox.Show("Play the wav file."); IIq1\khh
} ;sHN/eF
&+G"k~%
public void Play(string audioType) qKJSj
{ =y=cW1TG
switch (audioType.ToLower()) }NsUnbxT
{ =J1rlnaaEL
case ("mp3"): #-h\. #s
PlayMp3(); CKA;.sh
break; Rp$}YN
case ("wav"): fxgr`nC
PlayWav(); mFHH515
break; `5H$IP1XhA
} G7D2{J{1
} ;E'"Ks[GH
} [Y`,qB<B
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。 9{:O{nl
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。 eI@
q|"U
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! $8a(veXd
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 *b];|n{
二、面向对象设计思想 iOG[>u0h
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! dx;k`r$w
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: +iI&c
s
public class MP3 qc-mGmom L
{ fryJW=
public void Play() n-DVT;y
{ 1T:Y 0
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6 PxW8pn
} @^uH`mc
} u :F~K
O@YTAT&d#
public class WAV Z{H5oUk
{ 5O`dO9g}$
public void Play() Hk|0HL
{ 7#wn<HDY%
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8XsguC
} f3UXCp
} *3D%<kVl
{W##^L~
Public class MediaPlayer X6^},C'E.:
{ `%j~|i)4
switch (audioType.ToLower()) . BiCBp<
{ Ux+Q
case ("mp3"): I2H6y"pN
MP3 m = new MP3(); ncx(pp
m.Play(); T6~_Q}6
break; T7f ${
case ("wav"): aH#l9kCb
WAV w = new WAV(); bMU(?hb
w.Play(); z~A]9|/61v
break; 7==f\%,
} N~F
RM& x
} H)(:8~c,p
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ;>mCalwj
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2}W0
F2*
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 mg,j:,
public class AudioMedia 8#Q$zLK42N
{ Oez>X=Xf
public void Play() D0BI5q
{ 5y?-fT]X
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Q3"}Hl2
} CA +uKM^"6
} %8~3M75$
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)。 $U/YR&vcw
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: vp.ZK[/`
public abstract class AudioMedia +Y+Y6Ac[}
{ *&
m#qEv
public abstract void Play(); t3+Py7qv
} SI8%M=P>
\Vl`YYjZ
public class MP3:AudioMedia Jnv@.
{ Dwl3Cj
public override void Play() n-TQ*&h]3S
{ ;.bm6(;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); lvp8z)G
} =V^.}WtO
} K!KMQr`
n!qV> k9Y
public class WAV:AudioMedia H}:LQ~_2
{ )>c>oMgl
public override void Play() [=|jZVhT
{ IVW1]y
MessageBox.Show("Play the wav file."); i.:. Y
} w/L `
} TFcT3]R[rL
}E_#k]#*
public class MediaPlayer \8uIER5)
{ h`MF#617
//根据需要完成任务的单向分派 _wdG|{px
public void Play(AudioMedia media) 3su78e t}
{ "gD-8C3
media.Play(); n k2om$nN
} 4GB7A]^E
} 5?Wto4j
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)。 gI8Bx ]
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。 tbO
H#|
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: [7YPl9
public abstract class VideoMedia Dn>%%K@0
{ ,[A'tUl _
public abstract void Play(); vO;I(^Q
} ]#.]/f
>-
=!Q7}z1QI
public class RM:VideoMedia
AO
UL^$&
{ f}D1|\7
public override void Play() :EHJ\+kejX
{ N&[D>G]>v
MessageBox.Show("Play the rm file."); 7w1wr)qSB
} nW|wY.
} 8 B**8yg.
&*
E+N[
public class MPEG:VideoMedia gqWupL
{ 7+hK~
public override void Play() c=AOkX3UD
{ e]Zngt?b
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); b]a@
} "U\JV)N
} a[2vjFf#C
+S))3 5N[
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 jVH|uX"M5Y
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 0KD]j8^
. <tq61
public interface IMedia P+)DsZ0ig
{ 2[gFkyqe
void Play(); ykrr2x
} @JW@-9/
4ikd M/
public abstract class AudioMedia:IMedia "YB**Y
{ iX\W;V
public abstract void Play(); C4}*)a
} (8ht*b.5K
(|d34DOJ
public abstract class VideoMedia:IMedia {vo +gRYYv
{
U?!>Nd
public abstract void Play(); O 1oxZj
<
} V#jWege
F_bF
这样再更改MediaPlayer类的代码: .I@CS>j
public class MediaPlayer H}LS??P
{ \a+(=s(;
public void Play(IMedia media)
+D1 d=4
{ 7n90f2"m
media.Play(); M3~K,$@
} XO <y+
} -rKO
)}
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _GKB6e%
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。 x2QIPUlf
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。 &
/4k7X}y
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) FW"^99mrnb
{ "6a8s;
IMedia media = null; W(hMft%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z]3 `*/B
{ %_UN<a
case ("mp3"): [TCP-bU
media = new MP3(); u`(-
-
break; hva2o`
//其它类型略; ^;c 16
case ("rm"): vzn{h)D
media = new RM(); ,/O[=9l36R
break; v2,%K`pAU
//其它类型略; QKE9R-KTE
} +-B^Z On
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6:%
L![FX
player.Play(media); zS< jd~
} 2Dd|~{%
<[GYLN[0Q
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 v=95_l
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。 MZ+e}|!4,
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。 N0>0z]4;q
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。 [Ei1~n)o
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: $F.kK%-*
public interface IMediaFactory GTv#nnC
{ bJ_cId8+
IMedia CreateMedia(); Kq.:G%
} -VZRujl
[j4v]PE
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: Eq:2k)BE
public class MP3Factory:IMediaFactory kbPE "urR
{ 7a=S
public IMedia CreateMedia() c)&>$S8*
{ `Bn=?9
return new MP3(); RwVaZJe)l
} 1oKfy>i e
} :SV>+EDY
//其它工厂略; RmI1`
_owjTo}
public class RMFactory:IMediaFactory !,Zp? g)
{ V3mAvmx
public IMedia CreateMedia() C>Is1i^9
{ %c)[
kAU!
return new RM(); saD-D2oj
} pb0E@C/R
} -|Kzo_"
v5
//其它工厂略; 8q)=
h O
emt
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。 ?GBkqQ
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: Z2"?&pKV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U1_&gy @y
{ 6x=YQwn~
IMediaFactory factory = null; \C5%\4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) dd|W@Xp -
{ iK{T^vvk
//音频媒体 %PJhy 2
case ("mp3"): O--7<Q\
factory = new MP3Factory(); IaFr&
break; ;W:6{9m ze
//视频媒体 h8jD}9^
case ("rm"): o/o:2p.
factory = new RMFactory(); wNE$6
break; zX{ .^|
//其他类型略; EC<b3
}
8[ry|J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); TCvSc\Q[:1
player.Play(factory.CreateMedia());
fE,9zUo
} ^/Sh=4=G
CVXytS?@x
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 #=}$OFg
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: R.s|j=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `P@- %T
{ %]p6Kn/>
IMediaFactory factory = null; c<+;4z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hY<{t.ws
{ 2=ztKfsBhE
case ("mp3"): 8RwX=
factory = new MP3Factory(); +\# Fd
break; BKU'`5`
//其他类型略; ~YCuO0t
case ("rm"): fRTo.u
factory = new RMFactory(); Mp\<cE
break; 6aOp[-Le
//其他类型略; )gR=<oa
} 1px\K8
IMedia media = factory.CreateMedia(); p$;I'
media.Play(); FbACTeB
} A<YsfDa_d
jw6Tj;c
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。 O7aLlZdg~
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。 u1K\@jlw
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。 ^Jp*B;
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: 0=v{RQ;W4
*Dr5O 9Y
<appSettings> )y7_qxwbV
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> em2_pq9q
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> M,:Bl}
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 6Gn4asoA
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> `Iy4=nVb
</appSettings> `0#H]=$2h
:46h+?
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 0_eQlatb
private void InitMediaType() !F!3Q4
{ -T/W:-M(
cbbMediaType.Items.Clear(); AH{^spD{7,
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) G%TL/Z40
{ Ua*&_~7kJ
cbbMediaType.Item.Add(key); !D.0 (J
} 6xgv:,
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; BQ05`nkF
} ^&c$[~W
nv5u%B^
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: -+U/Lrt>8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )WR_
ug
{ 8
|h9sn;P
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); FuP/tTMU1a
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); =?0QqCjK)
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; e9u@`ZC07
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, /c+)C"
factoryDllName).Unwrap(); nbd Gt
IMedia media = factory.CreateMedia(); EH`0
media.Play(); %hT4qzJj
} aW5~Be$
_
qJ[@:&:
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。 9EF~l9`'U
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: L~FTr
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 9( VRq^Z1
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!