面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) b3lpNJ J
\irjIXtV
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。 MavO`m&Cg
一、传统过程化设计思想 <4,?lZ
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: rUjr'O0
public class MediaPlayer ,be?GAq
{ Rjl __90
private void PlayMp3() lv*uXg.k^
{ ~x:]ch|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #+0R!Y
} [@Y q^.6t
5QJL0fc
private void PlayWav() nif'l/@"
{ ($>0&w
MessageBox.Show("Play the wav file."); a7G2C oM8
} 4
G[hU4L
eB*8)gYh
public void Play(string audioType) ~*[4DQ[\
{ Pltju4.:C
switch (audioType.ToLower()) w.p'Dpw
{
3 H2;mqq
case ("mp3"): ,r;d {
PlayMp3(); h+D=/:B
break; D:tZiS=0
case ("wav"): o q)"1
PlayWav(); Els= :4
break; >r3< O=Z7
} C/Bx_j((
} (t$/G3E
} z&,sm5Lb
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。 bU`yymf{L
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。 :OaQq@V
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! MPN=K|*
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。 z
5+]Z a~
二、面向对象设计思想 `0|&T;7
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! !p2,|6Y`y
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: I>Fh*2
public class MP3 }F6b ]
{ $4JX#lkt
public void Play() 3>)BI(Wl
{ ya g
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [Od9,XBa
} qXhf?x
} B
RjKV
iGVb.=)
public class WAV | V,jd
{ S@NhEc
public void Play() M|e
n>P
{ w]o5L
MessageBox.Show("Play the wav file."); G;c0
} jYID44$
} eAKQR
BV?N_/DXp
Public class MediaPlayer ULmdt
{ p+UHJ&
switch (audioType.ToLower()) {<[tYZmj.
{ %&+R":Bw
case ("mp3"): #'J7Wy
MP3 m = new MP3(); SliQwm5
m.Play(); 4Olv8nOe<
break; i}F;fWZ`
case ("wav"): 6@;L$QYY-V
WAV w = new WAV(); N%|Vzc
w.Play(); >E ;o"
break; qZ_fQ@
} aDvO(C
} yi-"hT`
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 BBE1}V!u
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) mW0&uSMD
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 )wzs~Fn/
public class AudioMedia X3L[y\
{
He-Ja
public void Play() )X!DCL:16
{ {^5<{j3e
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ::Q);
} q=%
C (
} ;6
6_G Sjz
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Yn]yd1
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ~K$"PKs3
public abstract class AudioMedia $0S#d@v}
{ "q>I?UcZ
public abstract void Play(); 2n;;Tso"
} n.6
0$kR`
q
'{<c3&
public class MP3:AudioMedia bo !]
{ r]O@HVbt$
public override void Play() E(3+o\w
{ ;E? hz
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); xnuv4Z}]t
} +IO1ipc4cE
} +'Y(V&
IQi[g~E.5
public class WAV:AudioMedia ^r$iN %&~
{ g6/N\[b%
public override void Play() VO;UV$$
{ X)iWb(@k"7
MessageBox.Show("Play the wav file."); &Bz7fKCo
} $aPHl
} [gh[F
ZR-s{2sl
public class MediaPlayer .Lr)~
{ kl3S~gE4@
//根据需要完成任务的单向分派 MLD>"W
public void Play(AudioMedia media) &;h~JS=
{ BXK::M+
media.Play(); !k= 0X\5L
} V3A>Ag+^~
} *v
nxP9<
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)。 Q#ZD&RZ9.
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。 JfP\7
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: &A9A#It
public abstract class VideoMedia $,QpSK`9i
{ jPYe_y
public abstract void Play(); Y0u'@l_[F
} F`BgKH!
eFj6p<
public class RM:VideoMedia m!#)JFe67
{ ?y*+^E0
public override void Play() _]D#)-uv}C
{
A?;8%00
MessageBox.Show("Play the rm file."); +/!=Ub[:U
} (&P0la1
} yhtvr5z1
s{z~Axup-
public class MPEG:VideoMedia APtselC
{ $uFh$f
public override void Play() ULNAH`{D
{ Z?~d']XD
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B/sBYVU
} 5e/qgI)M5
} 8pq-nuf|K
}rY?=I
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。 V^`?8P8d
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: io9xI3{
l\=-+'Y
public interface IMedia xf^<ec
{ CEX}`I*-
void Play(); [C+Gmu
} ,na=~.0R:
s7.p$r
public abstract class AudioMedia:IMedia y3KcM#[
{ GIRSoRVsh
public abstract void Play(); sR>`QIi(a
} /[20e1 w!
&G
pA1
public abstract class VideoMedia:IMedia vlPl(F1
{ O+E1M=R6h
public abstract void Play(); _Vo)<--+I
} 2-$bh
vhYMWfbY
这样再更改MediaPlayer类的代码: 2GiUPtO&Gj
public class MediaPlayer G+hF
[b44'
{ J~iOP
public void Play(IMedia media) CCW%G,$U9
{ h5&/hBN
media.Play();
joChML_
} CrNwALx
} @3-,=x
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 P>{US1t
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。 $c@w$2
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。 {ywXz|TP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,W1a<dl
{ %_b^!FR
IMedia media = null; j!lAxlOX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2<[eD`u
{ N>A{)_k3
case ("mp3"): pwFU2}I
media = new MP3(); c7+Djqs
break; m feMmKFu\
//其它类型略; C5PmLiOHY>
case ("rm"): $Wr\[P:
media = new RM(); +9CEC1-l
break; KMK&[E#r
//其它类型略; >:F,-cx<
} ocIt@#20K
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tjZ \h=
player.Play(media); 49+ >f
} o%Be0~n'
Y8)E]D
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 )|w*/JK\Z
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。 kgbobolA
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。 ]a$Wxvgq
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/^J|VMV
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: %6NO 0 F^
public interface IMediaFactory 5q|+p?C
{ *M>
iZO*@
IMedia CreateMedia(); 2PVx++*]C
} F . K2
O!+nF]V4f
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: Fw_
(q!
public class MP3Factory:IMediaFactory .q0218l:dF
{ w`c0a&7
public IMedia CreateMedia() K<@[_W+
{ *2JH_Cj`
return new MP3(); "wA0 LH_
} O^.%C`*
} <u/a`E?
//其它工厂略; lpl8h4d
.UM<a
Ik
public class RMFactory:IMediaFactory "s F Xl
{ .MDYGWKt
public IMedia CreateMedia() *0%4l_i
{ 5/& 1Oxo
return new RM(); cQ8dc+ {
} S5i+vUI8C
} UF@IBb}0
//其它工厂略; az0cS*@
&EAk
z
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。 KxO/]
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: IFiTTIlT0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \\=.6cg<K
{ #F_'}?09%
IMediaFactory factory = null; ET U-]R 3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >f&xJq
{ 8AT;8I<K
//音频媒体
MKU7fFN.
case ("mp3"): ^C!mCTL1N
factory = new MP3Factory(); M'yO+bu
break; QJx9I_
//视频媒体 w[
Axs8N'
case ("rm"): hVMYB_<~
factory = new RMFactory(); CN$I:o04C
break; ]EB6+x!G
//其他类型略; f#@S*^%V$
} C&=x3Cz
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); l iw,O 6
player.Play(factory.CreateMedia()); LO"_NeuL
} 2
9q?$V(
9'1hjd3k
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。 t,RyeS/
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: |y.zocBj
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jvu
N
{ m"n.Dz/S
IMediaFactory factory = null; iJ}2"i7M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IuNkfBe4m
{ XZ}de%U1
case ("mp3"): 5v"Y\k+1
factory = new MP3Factory(); j5kA^MTG
break; "X`RQ6~]>
//其他类型略; aiYo8+{!#
case ("rm"): $4=Ne3y
factory = new RMFactory(); aSUsyOe
break; VsEGX@;tO
//其他类型略; DL,[k
(
} Zp`~}LV{
IMedia media = factory.CreateMedia(); ji}#MBac
media.Play(); PNf&@
} \I;cZ>{u"}
C5Xof|#p|
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。 ~L~]QN\3
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。 */nuv
k
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。 (wife#)~
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: 2xDQ:=ec
oew|23Ytb
<appSettings> V{!lk]p}a
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> W+8^P(
K
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> /J;;|X#P
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> sc%dh?m7
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> {ih:FcI
</appSettings> a2o.a2
d<#p %$A4
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: ?9p$XG
private void InitMediaType() T8U[xu.>
{ l8^y]M
cbbMediaType.Items.Clear(); r&SO:#rOSM
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ZPlPN;J^1
{ Rb#/qkk/
cbbMediaType.Item.Add(key); Rs2-94$!5
} #pX8{Tf[
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; PB+\jj
} F99A;M8(
I] jX7.fx
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ABcBEv3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?;^5ghY$
{ ~
7}]
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); N+NK`
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ;u,rtEMy;
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ehE-SrkU'
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, MI\]IQU
factoryDllName).Unwrap();
DwXU
IMedia media = factory.CreateMedia(); eES'}[W>
media.Play(); ;|!MI'Af
} VG)="g[%)
KSc~GP_
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。 dMJ!>l>2
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: 2SciB*5
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 EL7T'zJ$
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!