面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) MAYb.>X#>
:2KHiT5
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。 v's1&%sM
一、传统过程化设计思想 D;P=\i>9-
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: BSMb(EnqX
public class MediaPlayer '!^7 *@z
{ Sesdhuy.@
private void PlayMp3() @.7/lRr@bp
{ }W'j Dz7O
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [p6:uNo
} ]B )nN':
Zy+ERaF|]
private void PlayWav() EK4%4<"
{ {3
MessageBox.Show("Play the wav file."); _5rKuL
} c~tl0XU1
rhkKK_
public void Play(string audioType) |Lg2;P7\
{ MZ}0.KmaZ
switch (audioType.ToLower()) T*/I4"
{ , mz;$z6i
case ("mp3"): 6#Z]yk+p
PlayMp3(); lPZ>#
break; B/l^=u+-
case ("wav"): +\Vw:~e
PlayWav(); ~+1mH
break; h"ZIh= j@
} `R2Iw
I&
} >s5}pkAv|e
} =J1V?x=l@
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 FXo.f<U
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 z@VL?A(3
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! x[lIib1s
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 "9P @bA
二、面向对象设计思想 ^5s7mls
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! `n>|rd
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 8?82 p
public class MP3 HK :K~h
{ b|-)p+ba
public void Play() MtL<)?HQ
{ %j^QK>%
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8$~oiK%fw
} @ovaOX
} we_CF*zj
]AA|BeL?|
public class WAV !AXLoq$SY
{ P-B5-Nz
public void Play() R|*0_!O:[
{ A4,%l\di<
MessageBox.Show("Play the wav file."); BlpyE[h
T
} #qVTB@d
} 9@CRL=
J\@g3oGw
Public class MediaPlayer B{=DnB6
{ 2n3&uvf'TL
switch (audioType.ToLower()) f5F-h0HF`[
{ I;rW!Hb
case ("mp3"): Evj%$7H1L1
MP3 m = new MP3(); SAq.W"ri
m.Play(); eikZ~!@
break; eW 4[2Q
case ("wav"): 60|PVsmDm
WAV w = new WAV(); .<?7c!ho
w.Play(); *0" ojfVn
break; s``a{ HZ
} Q>4NUq
} JYWoQ[ZO#>
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。 Q
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) W#U|;@"
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。 ?ja%*0
R
public class AudioMedia o*A, 6y
{ E] g
Lwg9K
public void Play() BEvt{q4
{ F)~>4>hPr
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); "y~*1kBu
} q`mxN!1[
} 2'=)ese
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)。 ,EHLW4v
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: 0?ab'vYcp
public abstract class AudioMedia P<X?
{ vWmp?m
public abstract void Play(); tW~kn9glZ
} wtSU43D
(<_kq;XtN0
public class MP3:AudioMedia ^f>c_[fR
{ ,gk'8]
public override void Play() A5F(-
{ hpXW tQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9IXy96]]6
} 8nBYP+t,e
} A-1KTD
z&0[F`U
public class WAV:AudioMedia 0p[k7W u
{ rZwSo]gp
public override void Play() vcj(=\
e8v
{ fsPsP`|
MessageBox.Show("Play the wav file."); Q\s+w){f%
} rD21:1s
} &I=o1F2B)
i/*)1;xsk
public class MediaPlayer Vaf,
{ syLdm3d|
//根据需要完成任务的单向分派 -zYa@PW
public void Play(AudioMedia media) 3.Mpd
{ cvy
5|;-u
media.Play(); LhKbZoPp
} q !9;JrX
} 00D.Jn
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)。 yCR8 c,'8
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。 C.ynOo,W
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: j5R0e}/r
public abstract class VideoMedia tvf.K+
{ wz3X;1l`c
public abstract void Play(); 5cf?u3r!qJ
} 9mk@\Gqqm
i 1w]j
public class RM:VideoMedia evZP*N~G
{ 2He R1m<
public override void Play() 6<@+J
{ :0(^^6Q\
MessageBox.Show("Play the rm file."); 7L/LlO/
} }l+_KA
} |LJv*
Z1
)1s
public class MPEG:VideoMedia BZhf/{h[@
{ esZhX)dS
public override void Play() 6bs-&Vf
{ %CnVK1u!
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); |qguLab(
} I 2AQ
G
} g&$5!ifgi
p@q20>^u
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 5N>f lQ
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: hd9~Zw]V
72RTEGy
public interface IMedia ^L.I9a#]
{ 2HVqJib4Yn
void Play(); y`$qcEw
} 'LG\]h>+)
aC=2v7*
public abstract class AudioMedia:IMedia !Z>,dN
{ NUb$PT
public abstract void Play(); bA0H
} ?s>_^xfD
>A]l|#Rz
public abstract class VideoMedia:IMedia Uu+ibVM$
{ J
?aJa
public abstract void Play(); > .}G[C
} X}
V]3
B>'J5bZsw
这样再更改MediaPlayer类的代码: ]U~{?K'g@j
public class MediaPlayer e`][zx
{ 4J`-&05O
public void Play(IMedia media) K)x6F15r
{ H @zZ[
media.Play(); % +
} |UlR+'rl
} + AjV0 #n
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 c99|+i50
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。 gO*Gf2AG
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。
:Kyr}-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _}j>
{ =>>Dnp
IMedia media = null; f#AuZ]h
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) D`Vb3aNB=L
{ #p;<X|Hc}8
case ("mp3"): J
R~s`>2
media = new MP3(); LjGLi>kI~
break; GCQOjqiR
//其它类型略; jQz^)8)B
case ("rm"): RF6]_-
media = new RM(); S.iUiS"
break; `ba<eT':
//其它类型略; <l,e6K
} c|m?f
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); v@2?X4n
player.Play(media);
He4q-\ht
} 0Z((cI\J
:T6zT3(")D
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 G M;uwL#
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。 d72( g$F
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 sX>|Y3S\U
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 |@b|Q,
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: c
3| Lk7Q
public interface IMediaFactory xPT$d,~"
{ cbou1Ei
IMedia CreateMedia(); uVZm9Sp
} JKp@fQT *
s#0m
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: j;Lp@~M
public class MP3Factory:IMediaFactory /Yww G;1
{ 26zif
public IMedia CreateMedia() uGlz|C
{ ,-$%>Uv
return new MP3(); NJ}xqg
} <;b
} 7~MWp4.
//其它工厂略; zhRF>Y`
|`wJ
{-
public class RMFactory:IMediaFactory R 'mlKe x
{ W^:g_
public IMedia CreateMedia() 6xh-m
{ xU.Ymq& 5
return new RM(); aeLIs SEx
} S +73 /Vs
} bw#\"uJ
//其它工厂略; s5d[sx
9%P$e=Ui#
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。 '+^XL6$L
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 8fWnKWbbjw
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) UU =,Brb
{ pek5P4W_
IMediaFactory factory = null; kc2E4i
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8p~[8}
{ tnmz5Q
//音频媒体 ?
zic1i
case ("mp3"): y(K:,CI
factory = new MP3Factory(); b$Bq#vdg:
break; 5oD%~Fk l
//视频媒体 P!~&Ei
case ("rm"): 2)^T[zHe
factory = new RMFactory(); [S`Fm>,
break; h2]GV-
//其他类型略; *i7-_pT
} 7x
|Pgu(
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ON_GD"
player.Play(factory.CreateMedia()); ]=0D~3o3
} +w3k_^X9c
x4_FG{AIu
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。 7 Uu
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: |TBKsx8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v}z{OB
{ 9EZh~tdV[
IMediaFactory factory = null; )i.\q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) uUpOa+t
{ ~65lDFY/
case ("mp3"): ]7dal [i
factory = new MP3Factory(); `jFvG\aC
break; a<D]Gz^h
//其他类型略; K)8 m?sf/
case ("rm"): v[y|E;B
factory = new RMFactory(); E"H> [E
break; !jJH}o/KW
//其他类型略; fAR0GOI
} Y2p~chx9
IMedia media = factory.CreateMedia(); 5th\_n}N2/
media.Play(); q/tC/V%@(
} 2ld0w=?+eu
.3,Ow(3l
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。 b9Ix*!Y
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。 5adB5)`
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。 1Yv#4t
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: K*
0]*am|v
P\|i<Ds_M
<appSettings> w`0r`\#V/
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> G|]39/OO3{
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 6sRKbp|r7
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Uw_z9ZL
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> T/l2B1
</appSettings> .mS'c#~5Y
#T)gKp
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: Ne,u\q3f
private void InitMediaType() x~O_v
{ {~d8_%:b
cbbMediaType.Items.Clear();
}NJ? .Y
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Vt,"5c
{ I:#Es.
cbbMediaType.Item.Add(key); O/Wc@Ln
} (hX}O>
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 3UX} )mW
} =}AwA5G
Bx&wS|-) D
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: $lrq*Nf9c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) HPR*:t
{ 'roZ:NE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); x-{awP
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 76*5/J-
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; lN^} qg><
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, gobqS+c
factoryDllName).Unwrap(); 7[ra#>e8'
IMedia media = factory.CreateMedia(); S}*%l)vfR
media.Play(); @=[SsS
} ^E8eW
~\m|pxcj
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。 NLxsxomj
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: $.@)4Nu!_
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 jlZW!$Iq
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!