面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) \=v7'Hp
o~<37J3).
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。 X3%7VFy9
一、传统过程化设计思想 U%"c@%B0
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: BM&95p
public class MediaPlayer ~0>g 4
D.
{ zGj0'!!-
private void PlayMp3() Uc!}D
{ O1Ey{2Q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mWsVOf>g
} POfvs]
;gTdiwfgZ=
private void PlayWav() <tMiI)0%
{ sKB])mf]
MessageBox.Show("Play the wav file."); |L.QIr,jCC
} `Q<hL {AH
<<6i6b
public void Play(string audioType) 5'?K(Jdmp
{ bT,]=h"0
switch (audioType.ToLower()) U
PGS
{ acdaDY
case ("mp3"): M '$n".,p
PlayMp3(); WM*[+8h
break; |0ACapp!
case ("wav"): gsGwf[X dJ
PlayWav(); o>311(:
break; L0qo/6|C
} M['8zN
} 29z+<?K{
} y+_GL=J
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 tcSn`+Bu_`
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 h<4WY#Y
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! SWY?0Pu
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 VzA~w`$d
二、面向对象设计思想 ;<Oe\X
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! {kD|8["Ie'
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: R}8!~Ma`|
public class MP3 `LVItP(GUM
{ &Zs h-|N
public void Play() {vx{Hwyv
{ aDm$^yP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,jQkR^]j-
} -1Yt3M&
} v2gK(&?
%g^dB M#
public class WAV vY7C!O/y_k
{ k=Pu4:RF
public void Play() $^INl0Pg
{ zC(DigN
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]t\fw'
} WO/;o0{d\9
} <@.f#
U`ey7
Public class MediaPlayer ,oT?-PC$z
{ t~)w921>
switch (audioType.ToLower()) wr~# rfH
{ MIub^ $<C
case ("mp3"): .!\y<9
MP3 m = new MP3(); 1RY}mq
m.Play(); _FeLSk.
break; 4>uz'j<
case ("wav"): wz +
WAV w = new WAV(); ((7~o?Vbg
w.Play(); AmM^&
break; 6 KP
} ^SpD) O{
} WpP8J1KN[
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。 8b8ui
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) K
I
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。 Fx~=mYU
public class AudioMedia cR 4xy26s
{ W(E!:
public void Play() f]^(|*6
{ S7P](F=n#
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ]7^OTrZ N
} %0YwaxXPn7
} YC - -&66
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)。 4xk'R[v
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: _&FcHwRy
public abstract class AudioMedia -_[n2\|we)
{ dB ?+-aE
public abstract void Play(); CN#`m]l.
} ^2mmgN
/0s1q
public class MP3:AudioMedia x/{
{ BT: =
public override void Play() 8c`g{
*z
{ *LOpbf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); H^_[nL
} H[U$4
%t
} 3;Kv9i<~LE
,)hUL/r6
public class WAV:AudioMedia uhSRl~tn
{ j2} C
public override void Play() 5?kJ]:
{ ajq [ID
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1"RO)&
} &~:b&
} EjV,&7o)
|y)R lb#d
public class MediaPlayer AH{]tE
{ !R-M:|
//根据需要完成任务的单向分派 fLA!oeq{&}
public void Play(AudioMedia media) sn
'#]yM
{ +v2Fr}
media.Play(); dy-m9fc6%
} &, hhH_W
} 5&D)W>{d
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 q+.DZ
@
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 rY4{,4V
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: l3R`3@
public abstract class VideoMedia ;g?oU"Y M
{ dX-{75o5P
public abstract void Play(); |GM?4'2M.
} 8G;
t[9
?DzKqsS'
public class RM:VideoMedia x* *]@v"g
{ S75wtz)e
public override void Play() hn{]Q@(I
{ >0~|iRySi
MessageBox.Show("Play the rm file."); r&@#,g
} Bwj^9J/ob
} )WF]v"t
<f%JZ4p*
public class MPEG:VideoMedia xPWzm
hF
{ !*HH5qh6
public override void Play() TUHC[#Vb?
{ !(~eeE}|lM
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); W(Z_ac^e[
} j$'L-kK+
} zPEx;lO$
!4\`g?
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。 4G"T{A`O
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: oXRmnt
X|^E+
`M4
public interface IMedia 7(rNJPrU~=
{ .Qm"iOyM
void Play(); /)sA{q
4
} `CA-s
)XV|D
public abstract class AudioMedia:IMedia +dq&9N/
{ ];i-d7C
public abstract void Play(); ) (unL`y
} fDt#<f 4;
6My=GByC
public abstract class VideoMedia:IMedia xy)Y)yp
{ u&yAMWl
public abstract void Play(); 43-mv1>.
} =>#
S7=
A;7p
这样再更改MediaPlayer类的代码: /yPFts_q
public class MediaPlayer ,~u 5SR
{
F$<>JEdX
public void Play(IMedia media) Nd'+s>d0
{ XdE#l/#
media.Play(); M}=X/*T
} "
2A`M~
} Wew'bj
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 &
9}L +/,
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。 (jd)sf6Tj[
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。 by!1L1[JTt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j oDY
{ *z
I@Htp
IMedia media = null; 7s@%LS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) C"}CD{<H]M
{ L;N)l2m.\
case ("mp3"): Q%)da)0:c
media = new MP3(); #$7d1bx
break; Xu\FcQ{
//其它类型略; 12qX[39/
case ("rm"): lx_jy>$}r
media = new RM(); vVB8zS~l
,
break; {:BAh5e|
//其它类型略; Y'7f"W
} JAJo^}}{b
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); r LQBaT7t#
player.Play(media); V'?bZcRr~
} *`$Y!uzG:\
q-gp;Fm
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 H8.Aq\2S
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 J&Ig%&/
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 g$bbm}6S
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。 x}v]JEIf[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:
gP%S{<.?
public interface IMediaFactory >xrO W`p]
{ D=Ia$O0.
IMedia CreateMedia(); ln4gkm<]t
} C".nB12
f$#--*
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: gS{hfDpk,h
public class MP3Factory:IMediaFactory %N+8K
{ _RI`I}&9Z
public IMedia CreateMedia() *+|D8xp
{ mU0j K@^&M
return new MP3(); qQK0s*^W
} =nPIGI72VO
} Mh
[TZfV
//其它工厂略; IIrh|>d_7
?pSb,kN}'
public class RMFactory:IMediaFactory eaLR-+vEB
{ RhwqAok|lj
public IMedia CreateMedia() p1~u5BE7O
{ d&[Ct0!++u
return new RM(); `! ~~Wf'
} v:/+OzY
} dxHKXw
//其它工厂略; 3j<:g%5
}nh!dVA8lh
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。 UQ]WBS\
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>l{_J)n
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6&,n\EXF
{ me-Tv7WL
IMediaFactory factory = null; .Uk ejx
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |e{F;8
{ K
@x4>9 3n
//音频媒体 MzUNk`T @
case ("mp3"): !J#oN+AR
factory = new MP3Factory(); 7G6XK
break; )@lZ~01~d
//视频媒体 2?vjj:P+h
case ("rm"): #?=?<"*j
factory = new RMFactory(); yTt,/+I%gJ
break; \l)Jb*t
//其他类型略; EFpV
} $ZnLY uGb
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); g-G;8x'n
player.Play(factory.CreateMedia()); \3nu &8d
} Kf=6l#J7
^n! j"
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 R`M>w MLH
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: &n6'r^[D
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B$ty`/{w,B
{ mEK0ID\
IMediaFactory factory = null; 3PRg/vD3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A'A5.\UN
{ &lbZTY}
case ("mp3"): ^eF%4DUC;
factory = new MP3Factory(); u7PtGN0r%
break; 4I"%GN[tA
//其他类型略; ZiR },F/
case ("rm"): z=\y)'b
factory = new RMFactory(); etnq{tE5
break; )y~FeKh
//其他类型略; ]0[Gc
\h}
} U&F1}P$fb
IMedia media = factory.CreateMedia(); =f48[=
media.Play(); 9E`WZo^.
} LWH(bs9U
Kjw==5)}
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Myj5qh
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 +#* F"k(
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ,=TY:U;?
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: 2EO WbN}M
O_v8R7 {
<appSettings> +/"Ws'5E
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 7hV9nuW
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> =2Vs))>Y
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> mGZJ$ |
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> g=ehAg
</appSettings> c#)!-5E~H
11"- taWj
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: /#<R
private void InitMediaType() I,7~D!4G
{ +,;"?j6<p
cbbMediaType.Items.Clear(); )Cas0~ RM
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) c<k=8P
{ \@\r`=WgB
cbbMediaType.Item.Add(key); ajM3Uwnr
} a:q>7V|%$
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; o*]Tqx
} y
nue;*rM
%|"0p3
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: EO.Se9ux
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f`;y
"ba
{ m8j Q~OS
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ]VKM3[
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); tfKf*Um
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; LqYP0%7
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, dmR>u
factoryDllName).Unwrap(); %yyvB5Y^
IMedia media = factory.CreateMedia(); RZY[DoF8u
media.Play(); s0zN#'o]
} E{wnhsl{
sn!E$ls3O
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 Q1 t-Z;X
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: @p$Nw.{'
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 61aU~w11a
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!