面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) [/ !;_b\X
p.
R2gl1m
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。 Psa@@'w
一、传统过程化设计思想 ujgLJ77
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: UQd6/mD`e
public class MediaPlayer GlR~%q-jiQ
{ PI|`vC|yy&
private void PlayMp3() :WXf.+IA
{ @7HOL-i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {YKMQI^O/
} "{ry 9?z
*a4b`HRT
private void PlayWav() x@ s`;qz
{ xv#j 593
MessageBox.Show("Play the wav file."); "$E!_
} O[hbu ![
&TkbnDuYd~
public void Play(string audioType) DKVt8/vq
{ U38wGSG
switch (audioType.ToLower()) L(1,W<kYg
{ q* y9/HnI
case ("mp3"): = C'e1=]
PlayMp3(); MZP><Je&
break; H;t8(-F@'
case ("wav"): *liPJ29C[
PlayWav(); !NAX6m
break; _!^FW%
} W$t}3Ru
} n 8OdRv
} \]`(xxt1
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。 #c)Ou!Ldb
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。 ;`of'9|
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! iUG/
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。 ^Lfn3.M
二、面向对象设计思想 1uge>o&
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! HlL@{<
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: /L|}Y242
public class MP3 e>zk3\D!
{ ah Xq{>
public void Play() ~Ro:mH:w
{ ~Yz/t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wCTR-pL^
} gAUQQ
} s^t1PfP(,
y0&HXX#\
public class WAV &N7:k+E
{ ^R'!\m|FR
public void Play() cKYvRe
{ 0^lL,rC
MessageBox.Show("Play the wav file."); re7\nZ<\|
} 3N%Evo
} )B&<Bk+
rH:X/i;D
Public class MediaPlayer ;Kq?*H
{ ^oB1 &G
switch (audioType.ToLower()) ;)]zv\fC
{ dVt@D&
case ("mp3"): JHZo:Ad -&
MP3 m = new MP3(); kJeOlO[
m.Play(); -*q2Y^A^l
break; udy;Odt
case ("wav"): tWOze, N
WAV w = new WAV(); %y\7
w.Play(); "l,EcZRjTz
break; h16Nr x
} ,h`D(,?X
} 2_\|>g|
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。 vhEs +j
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) EF=D}"E6pO
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。 gO%i5
public class AudioMedia }3_G|
{ _po 4(U&
public void Play() 6ch[B`[h,
{ Msu2OF *x
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
q8bS@\i
} [f(^vlK
} j2qfEvU
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)。 <\~#\A=;
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: wXGFq3`
public abstract class AudioMedia /0B?3&H
{ )-"L4TC)
public abstract void Play(); lFV|GJ
} FEmlC,%
W1`ZS*12D
public class MP3:AudioMedia q;PzB4#
{ #R~NR8(z
public override void Play() 7Ej#7\TB]
{ 2U+p@}cQUA
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E+Mdl*
} ^ 6|"=+cO\
} %9Fg1LH42r
]~Qk g+>'&
public class WAV:AudioMedia r8>?-P
{ @BhAFv,7
public override void Play() s9bP6N!,
{ B:.;:AEbT
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZSt
ww{Z
} $*-L8An?
} "Oko|3
*~^^A9C8
public class MediaPlayer k ,(:[3J
{ <F
& hfy
//根据需要完成任务的单向分派 d`7] reh
public void Play(AudioMedia media) 5c7a\J9>
{ Bys|i 0tb-
media.Play(); vJUB; hD
} rep"xV&|>o
} S]g)^f'a65
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Lpf=VyqC
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 =ApT#*D)o
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: iUB ni&B
public abstract class VideoMedia IpmREl$j
{ n_meJm.
public abstract void Play(); 5xUPqW%3
} 4]KceE
b;l%1x9r
public class RM:VideoMedia vy?YA-
{ 0O4mA&&!oK
public override void Play() ^dD?riFAk
{ ev
>9P
MessageBox.Show("Play the rm file."); Y%@'a~
} N*>; '
} 7^=jv~>wP
_*I6O$/>
public class MPEG:VideoMedia yQ50f~9
{ B=`!
public override void Play() )wd~639U
{ E}2[Pb)e
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); h zE)>f
} -',Y;0b%
} Cx~z^YP'
.`XA6e(8KR
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 5{TF6
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: xE_[=7=
?VsZo6Z"
public interface IMedia e:
tp7w 4
{ XZGyh X7
void Play(); !
+ 7ve[z
} -X
\vB
o+&sodt|`
public abstract class AudioMedia:IMedia lc7]=,qyF
{ CuNHDYQ&3
public abstract void Play(); dD%m=x
} p?@D'
>2/zL.O
public abstract class VideoMedia:IMedia dX=^>9hN/
{ ntejFy9_
public abstract void Play(); u 36;;z
} 0
CS_-
HZ3<}`P_W
这样再更改MediaPlayer类的代码: ~@;7}Aag
public class MediaPlayer J4i0+u
{ 4r*6fJ*bJ
public void Play(IMedia media) v5o%y:~
{ ^|M\vO
media.Play(); ;3wj(o0
} qPY
OO
} d~1Nct$:
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ~GZ!;An
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。 ;$gZ?&
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 I?nj_ as
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /R7qR#
{ ]@)T]
IMedia media = null; R{uq8NA- W
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @|! 9~F
{ H7bdL 8/
case ("mp3"): H. U wM
media = new MP3(); y1z<{'2x
break; G66A]FIg
//其它类型略; m2{3j[
case ("rm"): 8q*MhH>6I
media = new RM(); SA@MJ>Z
break; vX|ZPn#
//其它类型略; \W$bOp
} lIPy)25~
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Rd7[e^HSN
player.Play(media); 72@lDY4cE
} ~"F83+RDe
AW3\>WC
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 #Bq.'?c'~
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。 }`M53>C,gQ
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。 )vVt{g
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。 )f(.{M
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: &Ohm]g8{2
public interface IMediaFactory @*SgeLeL
{ Du@?j7&l=$
IMedia CreateMedia(); rF C 6"_
} $OOZ-+8
Khd"
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口:
*((wp4b
public class MP3Factory:IMediaFactory o|#Mq"od
{ %Ci`OhT
public IMedia CreateMedia() ZNb;24
{ *K#7,*Oz
return new MP3(); {B^V_TX2
} X :2%U
} =*EIe z*.x
//其它工厂略;
7-a[W
u;1/.`NPB
public class RMFactory:IMediaFactory jSa9UD
{ Uawf,57v<
public IMedia CreateMedia() g$C-G5/bjD
{ l(X8 cHAi
return new RM(); WXz'H),R
} >s#[dr\ww
} +-_71rJc.
//其它工厂略; 7w}D2|+
o+(>/Ou
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。 cBICG",TA
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: 9 [qEJ$--
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) WT(inf[
{ RiHOX&-7
IMediaFactory factory = null; @oC# k<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ki#({~
{ @\-i3EhR
//音频媒体 %7tQam
case ("mp3"): ua$H"(#c
factory = new MP3Factory(); zJ;K4)"j
break; /18Z4TA
//视频媒体 LW?Zd=
case ("rm"): VAkZ@
u3'~
factory = new RMFactory(); !'uLV#YEZ
break; q^{Z"ifL
//其他类型略; HI}$Z=C
} JTT"t@__
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); x!\FB.h4!(
player.Play(factory.CreateMedia()); M6(o J*
} O6rrv,+_L
B<.XowT'
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 YG2rJY+*
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: .54E*V1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Fy4jujP<
{ .<`W2*1
IMediaFactory factory = null; )9_jr(s
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) F\m
{ _ED,DM
case ("mp3"): +R7";.
factory = new MP3Factory(); }z/;^``
break; y'4=
//其他类型略; j/^0q90QO
case ("rm"): U8<GD|
factory = new RMFactory(); b,318R8+G
break; {mkYW-4Se
//其他类型略; ,"}'NH@
} J@yy2AZnO
IMedia media = factory.CreateMedia(); pu `|HaQaE
media.Play(); ?,s{M^sj^
} KUuwScb\
YTYYb#"Q
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 7i/?+|
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 )EcF[aO
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ][_:{ N/
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: "pHQ
,
:kCt=4%
<appSettings> EzthRe9
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> LU%g>?m.]
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ;S2^f;q~$
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> c?j /H$
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> <.+hV4,3
</appSettings> oTT/;~ I
{N/(lB8
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: ^Jsx^?
private void InitMediaType() l>H#\MR
{ ?neXs-'-p
cbbMediaType.Items.Clear(); ^ JJ*pT:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 7WKb|
/#;
{ 45q-x_
cbbMediaType.Item.Add(key); 7;0^r#:87#
} ebp18_a|
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; wHAoO#`wn5
} L+(5`Y
0,E*9y}
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: j[
kg9z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #-Ehg4W
{ z3[
J>
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); rp{q.fy'U
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); MCjf$pZN]
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; C`%cPl
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 9)];l?l
factoryDllName).Unwrap(); Myg
&H(~
IMedia media = factory.CreateMedia(); TW7jp
media.Play(); 1#gveHm]-G
} :Fm;0R@/k
IlN9IF\9L
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。 sy0|=E*;8"
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: 7%b?[}y4
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 xi
%u)p
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!