面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) fL]Pztsk+
+{]xtQB=,{
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。 vf4{$Oag
一、传统过程化设计思想 Q]o C47(
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: ItVugI(^ C
public class MediaPlayer $H$j-)\D
{ -|rLs$V1r
private void PlayMp3() !;_H$r0
{ `yF`x8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -X+H2G
} wb Iq&>p
kF>o.uSV
private void PlayWav() {)AMw q
{ >hH0Q5aL
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,ZS6jZ
} !a$ D4(`v
mXUYQ82
public void Play(string audioType) -Z-IF#%
{ @Tfl>/%
switch (audioType.ToLower()) B^%1Rpcn
{ -+t]15
case ("mp3"): *%vwM7
PlayMp3(); `>o?CIdp
break; {,OS-g
case ("wav"): }h 3K@R
PlayWav(); `mT$s,:h
break; s}j1"@
} 7OWbAu;
} =+w*gDr
} q$G,KRy/
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。 jgS%1/&
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。 ]59i>
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! c]B$i*t
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 h$N0D !
二、面向对象设计思想 *-s,.
F+c
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! kM`l
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: #P#-xz
public class MP3 7w;O}axI
{ lcV<MDS
public void Play() +h_ !0dG
{ U:F/iXz
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4.RG4Jq
} ~XeFOMq
} *Ei|fe$sa
PA w-6;
public class WAV _7DkS}NJs
{ CQ;]J=|<_
public void Play() A8A~!2V
{ oUQ07z\C
MessageBox.Show("Play the wav file."); @Mvd'.r<;
} i
ZL2p>
} c"!lwm3b
09o~9z0
Public class MediaPlayer }IEbyb
{ aCV4AyG
switch (audioType.ToLower()) zY+Fl~$S
{ >+5?F*`\D*
case ("mp3"): ;V<iL?
MP3 m = new MP3(); DP/J(>eG
m.Play();
$hxNhI
break; i*R,QN)
case ("wav"): n]+W 3[i
WAV w = new WAV();
kj5Q\vr)
w.Play(); G#Ou[*O'
break; MzIq"3
} yk2 !8
} 97!>%d[0
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 U}Hwto`R
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) x ]5@>5
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ]\RRqLDzkg
public class AudioMedia Y,8KPg@W
{ P\CDd=yWc
public void Play() )Z+{|^`kJ
{ 2}?wYI*:5|
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); l:]Nn%U(>
} ~8|t*@D
} :T3/yd62N
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 &4dz}zz90
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: #[MJ|^\i
public abstract class AudioMedia iA_8(Yo
{ ydv3owN
public abstract void Play(); 7nzGAz_W
} Ut]+k+ 4
*sQcg8{^
public class MP3:AudioMedia _B2V "p
{ >*twTlb{
public override void Play() #sKWd
{ 5W
=(+Q>C
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~{>?*Gd&T
} t"j|nz{m
} <b+[<@wS
,~zj=F
public class WAV:AudioMedia b=a!j=-D
{ t<:D@J]a
public override void Play() /W#O +
{ 3>z[PPw
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;evCW$G=
} +kdySWF
} mxSKG>
O
!0/z>#b
public class MediaPlayer !~<siy
{ H]<]^Zmjy
//根据需要完成任务的单向分派 "%8A:^1
public void Play(AudioMedia media) A{o 'z_zC
{ uQLlA&I"
media.Play(); Y^"4?96
} 1-I
Swd'u
} *5%*|>
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)。 D}Ilyk_uUw
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。 F="z]C;u
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: V%HS\<$h
public abstract class VideoMedia 'k&?DZ!
{ 7dh1W@\
public abstract void Play(); ~$O1`IT
} 09M;}4ev&7
o7&4G$FX~
public class RM:VideoMedia Jeqxspn
T
{ %>Xr5<$:&
public override void Play() -U2mfW
{ _baYn`tFw-
MessageBox.Show("Play the rm file."); s_jBu
} 4aZCFdc
} c(-Mc6
xSpC'"
public class MPEG:VideoMedia MrE<vw@he
{ Ni[4OR$-O
public override void Play() UkR3}{i
{ guN4-gGDr<
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); c)C 5KaiPG
} IN^9uL]B
} 4lc)&
*2u
E
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 8dT'xuch
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: :s8A:mx
#`GbHxd
public interface IMedia {7Cx#Ewd
{ a j|5 #
void Play(); o}8{Bh^
} t\j!K2
d+z[\i
public abstract class AudioMedia:IMedia urY`^lX~
{ G2mNm'0
public abstract void Play(); FN"rZWM
} +?-qfp,:0
]>:^d%n,}
public abstract class VideoMedia:IMedia ;np_%?is
{ ZcPUtun
public abstract void Play(); m^!Sv?hV
} sn k$^
$CtCOwKZ
这样再更改MediaPlayer类的代码: UFZ"C,
public class MediaPlayer 24@^{
}
{ F 1|zXg)
public void Play(IMedia media) Ph7pd
{ d
O
A%F$Mk
media.Play(); _[E \=
} ;:#U6?=t
} c]Unbm^w
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {V2bU}5
[
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。 !Cj(A"uqY
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。 }6~)bLzI}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M1=_^f=&.
{ V> a*3D
IMedia media = null; 5]"BRn1*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5 Rz/Ri\c=
{ <A~GW
'HB
case ("mp3"): j)D-BK&+
media = new MP3(); gn5% F5W
break; oW'POAr
//其它类型略; {*=E?oF@
case ("rm"): , p0KLU\-
media = new RM(); *8!w&ME+.
break; A|vP$zy
//其它类型略; _%IqjJO{=r
} rnvQ<671W
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); NXgRNca
player.Play(media); }z'DWp=uN
} Tx+ p8J|Yr
4: sl(r
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 {vfq
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 (L#%!bd
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 1k>naf~O
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 gg8c7d:Q
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: GJak.,0t
public interface IMediaFactory .)ST[G]WK
{ O<`R~
IMedia CreateMedia(); &telCg:
} _om[VKJd
[,7-w
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: S[U/qO)m
public class MP3Factory:IMediaFactory N#Ag'i4HF
{ GoeIjuELR
public IMedia CreateMedia() k}BDA|\s
{ ]bfqcmh<
return new MP3(); <ZrFOb
} hPPB45^
} kME^tpji
//其它工厂略; rA#s
G.ud1,S#
public class RMFactory:IMediaFactory IIP.yyh>
{ b7'F|h^
public IMedia CreateMedia() *]!l%Uf%
{ (UzPkl kZ
return new RM(); S8*> kM'
} [2H[5<tH
} ,Oi^ySn
//其它工厂略; .YiaXP
5+FLSk
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 oWD)+5.]
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ;C_ >
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1 ;Ju]
{ ?>)yKa# U
IMediaFactory factory = null; L1MrrC
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lM&UFEl-\
{ ;Vo mFp L
//音频媒体 =, TS MV
case ("mp3"): `e*61k5
factory = new MP3Factory(); b Fn(w:1Q
break; PSEWL6=]N
//视频媒体 a>(~ C'(<
case ("rm"): N?^_=KE@
factory = new RMFactory(); U9F6d!:L7A
break; sS'{QIRC'
//其他类型略; ++k J\N{
} RO$*G
jQd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ! OfO:L7-
player.Play(factory.CreateMedia()); paYz[Xq
} ^?sSx!:bZ
vrO%XvXW
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。 ]Da4.s*mW
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: ~ a>S#S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dgY5ccP
{ ecT]p
IMediaFactory factory = null; "s;ci~$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cg*kN"8q
{ XC}1_VWs
case ("mp3"): h.D^1
factory = new MP3Factory(); r"[L0Cbb
break; fU`T\
//其他类型略; wKLN:aRF2
case ("rm"): .> ,Z kS
factory = new RMFactory(); XJ\_V[WA
break; 2+Vp'5>&
//其他类型略; Q6|@N~UeZ
} @aUZ#,(<
IMedia media = factory.CreateMedia(); 'yeh7oR
media.Play(); ex:3ua$N
} th90O|;
y0y+%H-
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 qAbd xd[
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 -rRz@Cr
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 +ruj
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: v<`$bvv?
Pd,!&
<appSettings> $4:~*IQ
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> XC2Q*Z
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]Qc: Zy3
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ',%5mF3j
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> b2W; |
</appSettings> J:[3;Z
@NBXyC8,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: E~qK&7+
private void InitMediaType() Upu%.[7
{ /:^tc/5U]
cbbMediaType.Items.Clear(); h4h d<,
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) #W.bZ]&WA
{ ;wpW2%&
cbbMediaType.Item.Add(key); ?;/{rITP#
} {6DpPw^ "
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; HK?Foo?
} `}ZL'\G
|})rt5|f1!
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: R,XD6' Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) bf{Ep=-
{ VgUvD1v?}
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); hN!.@L
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); k:W=5{[
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; m/cx|b3hqv
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 9.jG\i
factoryDllName).Unwrap(); x9TuweG
IMedia media = factory.CreateMedia(); YqkA&qL]#;
media.Play(); @RQ+JYQi
} \?[O,A
Jr|K>
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。 YALyZ.d
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: w:n(pLc<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Un~]Q?w
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!