面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) \m~\,em
8cBW] \ v
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。 CAFE}|
一、传统过程化设计思想 <,X+`m&
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: ]b~2Dap
public class MediaPlayer YV3TxvXMR
{ 1yaIV+_y/
private void PlayMp3()
~\:j9cC
{ Bx}0E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .FbZVY c]
} 8X
?GY8W:
KYRm
Ui#
private void PlayWav() ,Z*3,/a
{ @2~O^5[>
MessageBox.Show("Play the wav file."); X|damI%
} !Zyx$2K
e7bT%h9i
public void Play(string audioType) &^3~=$
{ ?`
eYWZ">
switch (audioType.ToLower()) K!D_PxV
{ `/wq3+ ?
case ("mp3"): /,!7jF:
PlayMp3(); M*~v'L_sI
break; H8<7#
case ("wav"): :&1=8^B Y
PlayWav(); rGn5QV
break; O^R:_vb3I
} Ss<_K>wk
} d1uG[
} IGK_1@tq
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。 Y0L5W;iM
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}K.^\S9
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! ,+NE: _
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。 tgvpf/cQ
二、面向对象设计思想 bco[L@6G$
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! _Xk03\n6
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 VU)W^
public class MP3 n<%=~1iY+
{ *t?~)o7
public void Play() J+cAS/MYX
{ SZK)q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4gv.E 0Fo
} yYG3/Z3u5
} A1|7(Sow
94h_t@Q/1
public class WAV 0x]OF8=J
{ |`k1zc)9
public void Play() RvPniT(<?
{ -l P )
MessageBox.Show("Play the wav file."); w$b+R8.n)
} y=oVUsG
} oc3dd"8}@
l6S19Kv
Public class MediaPlayer e\^g|60f_
{ w]W`R.
switch (audioType.ToLower()) [V2omSZo
{ ~E<PtDab
case ("mp3"): GTp?)nh^
MP3 m = new MP3(); (pT(&/\8
m.Play(); co$Hi9JE
break; yBPt%EF
case ("wav"): }rKJeOo^x?
WAV w = new WAV(); \8>
w.Play(); 0\EpH[m}-
break; bRK CY6
} wuBlFUSg
} R8=I)I-8
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。 ?ae[dif
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) v9t47>V
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。 z\Pe{J
public class AudioMedia .# !'c
{ {?@t/.4[W3
public void Play() ;o-\. =l
{ .Ca"$2
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); "}'8`k+d
} :Wyn+
} xf V,==uF
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 k9^+9P^L
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: _C< 6349w
public abstract class AudioMedia QD.zU/F~>
{ 7]/dg*A )C
public abstract void Play(); K9e~Wl<3
} .])>A')r
ba(arGZ+{
public class MP3:AudioMedia C=oM,[ESQ0
{ ?qd,>
public override void Play() i\kTm?BQZ
{ F,p`-m[q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); O8K@&V p
} wMH[QYb<*
} S s@u,`pr
c N02roQl
public class WAV:AudioMedia ] ?DDCew
{ tr6jh=
public override void Play() 3W7;f!
{ krQl^~@
MessageBox.Show("Play the wav file."); F\-B3i%0
} Je#!Wd
} ~_DF06G
/<3;0~#){
public class MediaPlayer |eH wp
{ g,t3OnxS?
//根据需要完成任务的单向分派
Veb+^&
public void Play(AudioMedia media) Lv
`#zgo_f
{ ?1GY%-
media.Play(); ^lHb&\X
} 1fz*SIjG
} ;;EDN45
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 wF|0n t
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Yw$a{5g
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: {l&Ltruhz
public abstract class VideoMedia 82j'MgGP
{ (Oxz'#TX
public abstract void Play(); A[u)wX^`f^
} Vk MinE
5x*5|8
public class RM:VideoMedia f,Sth7y
{ cZNi~
public override void Play() 0lX)Cl
{ %v5)s(Yu
MessageBox.Show("Play the rm file."); lhLnyg Uk
} j2RRSz&9
} [leW/2i
Um]p&phVL
public class MPEG:VideoMedia ?j1_
n,d
{ a$w},=
`E
public override void Play() VK @$JwdL
{ z=ML(1c=
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); OJ v}kwV
} |BwRlE2CFO
} RY9+ 9i
]vm\3=@}9
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。 BX@pt;$ek7
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: q>^hoW2$C
@bY('gC,
public interface IMedia /h/6&R0l
{ 1|o$X
void Play(); sCVI 2S!L
} (7IqY1W
<A)+|Y"^h6
public abstract class AudioMedia:IMedia q^Z~IZ8IT
{ 'Pf_5q
public abstract void Play(); LYp'vZ!
} VBu8}}Ql
z)5S^{(
public abstract class VideoMedia:IMedia 'dkXYtKCB
{ #2h+dk$1
public abstract void Play(); y)6,0K {k
} NA+&jV
G7
1U 7
这样再更改MediaPlayer类的代码: sa_R$ /H
public class MediaPlayer N*~_\x
{ >Y}7[XK
public void Play(IMedia media) BR;QY1
{ %moJF1
media.Play(); pJd 0k"{
}
\;-qdV_JB
} o>2e!7
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 c\M#5+ 1j
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。 6^Ph '
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。 {]=v]O|,
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IQT cYl
{ 3=Z<wD s
IMedia media = null; ;P3>>DZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2-~a
P
{ wDDx j
case ("mp3"): gF3TwAr
media = new MP3(); lY.B
break; B]1HS`*7
//其它类型略; Yj)
e$f
case ("rm"): Xq|nJ|h
media = new RM(); WM/#.
break; O:1DOUYXs
//其它类型略; -PM)EGSk{
} prZ55MS.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #Rc5c+/(
player.Play(media); So#dJ>
} iSlFRv?a
o
w2$o\hC
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |=\91fP68`
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。 R aefj(^V
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。 1 o|T
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。 <{giHT
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: Rvvh{U;t
public interface IMediaFactory s|Zx(.EP
{ }'lNi^"XL
IMedia CreateMedia(); Q!K`e )R
} [G a~%m
B
s,as
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: NgHpIonC
public class MP3Factory:IMediaFactory ,>u=gA&}
{ " \:ced
public IMedia CreateMedia() MD<-w|#8IV
{ 1i
u =Y
return new MP3(); +3Y!xD?=
} AliRpxxd
} ~n6[$WjZA
//其它工厂略; FSU<Y1|XM
H>.B99vp
public class RMFactory:IMediaFactory a+41Ojv (
{ .jU Z
public IMedia CreateMedia() 0N{+y}/G
{ i&A%"lOI9
return new RM(); Ib1e#M3
} h~w4, T
} W
(`c
//其它工厂略; 7UKYmJk.
x5OC;OQc
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 |) Pi6Y
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: W/r^ugDV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) I]X
{ cOkgoL" 4
IMediaFactory factory = null; H?uukmZl
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !%xP}{(7
{ ' "'Btxz
//音频媒体 H] k'?;
case ("mp3"): jJ~Y]dQi
factory = new MP3Factory(); zE`R,:VI
break; 0+EN@Y^dAV
//视频媒体 ,)h)5o(?
case ("rm"): :Q_x/+-
factory = new RMFactory(); {B0h+. C
break; JRO$<
//其他类型略; cXN _*%
} qX$u4I!,
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dig~J\
player.Play(factory.CreateMedia()); KFDS q"j
} |y"jZT6R}t
TY.F pW
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ,=o0BD2q
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: e7xj_QH
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?} ( =
{ =x0No*#|'
IMediaFactory factory = null; aqMc6N`z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t)N;'v &
{ e"Rm_t
case ("mp3"): 5)'P'kVi7.
factory = new MP3Factory(); o2=A0ogz?
break; gLQ #4H
//其他类型略; \Hwg) Uc{
case ("rm"): ~O;y?]U
factory = new RMFactory(); >qR~'$,$
break; 6:?rlh
//其他类型略; }"zC
>eX&
} 5]"SGP
IMedia media = factory.CreateMedia(); ;;V\"7q'
media.Play(); !QEL"iJ6M'
} U,;xZe
H"CUZ
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。 7>i2OBkAhB
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。 k\N4@UK
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。 A+
0,i
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: E'c%d[:H,
c8A`<-\MfB
<appSettings> [B^ G-
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Lw*]EG|?
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> )%Ru#}1X6
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 6^#uLp>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> s_eOcm
</appSettings> [pgZbOIN37
] hE="z=n
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: @Bs0Avj.
private void InitMediaType() 4h|dHXYZ
{ otr>3a*'
cbbMediaType.Items.Clear(); B@t'U=@7
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) o
}@n>R
{ 6EJVD!#[K
cbbMediaType.Item.Add(key); #Hu~}zy
} Ip?]K*sq
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; G'x .NL
} 'v&}(
S>Z|)I
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 8Fq_i-u
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) >UHa
{ T_#,
A0 G
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); -<N&0F4|*
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); K`k'}(vj
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; /_\W+^fE
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %<Q*Jf
factoryDllName).Unwrap(); .px:e)iW
IMedia media = factory.CreateMedia(); cA;js;x@
media.Play(); uDuF#3
+"
} 1u}nm;3
^_>!B)
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。 orIQ~pF#
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: jo98
jA<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 \u{8Bak0
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!