面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 1aTB%F
\*<d{gZ~
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。 _D+J!f^
一、传统过程化设计思想 X93!bB
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: r!
MWbFw|X
public class MediaPlayer N}t
2Nu-
{ \7'+h5a
private void PlayMp3() 5bgs*.s
{ - RU=z!{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ruld B,n
} S@/IQR
a5TioQ
private void PlayWav() i,/0/?)*_
{ NN?`"Fww
MessageBox.Show("Play the wav file."); gp\<p-}
} .~7FyLl$
Kh_Lp$'0uM
public void Play(string audioType) 2_Z ? #Y
{ M"94#.dKK
switch (audioType.ToLower()) ^\S~?0^m
{ Ug<#en
case ("mp3"): qO|R^De
PlayMp3(); !/]WrGqbS
break; |mw.qI|
case ("wav"): =UfsL%
PlayWav(); XSyHk"g`
break; ?o|f':
} e0,|Wm
} q}?4f*WC
} O[ef#R!
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。 Fkd+pS\9g~
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。 %Da1(bBh
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! WL"^>[Vq
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。 TtTj28k7
二、面向对象设计思想 j=r P:#
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! bl&nhI)w
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: tu66'z
public class MP3 *(T:,PY
{ 9eQxit7
public void Play() dx@-/^.
{ m()RU"WY
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m0a?LY
} (bH`x]h#
} VL` z[|e @
ia+oX~W!VR
public class WAV HK0!P*
{ Su/6Q$0 t
public void Play() SSWP~
t
{ :x4|X8>
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2so!
} 8b;1FQ'
} f@|A[>"V
6"&6`f
Public class MediaPlayer "ozr+:#\
{ t^G"f;Ra+
switch (audioType.ToLower()) &keR~~/
{ eEv@}1~
case ("mp3"): `ux{;4q
MP3 m = new MP3(); I7n"&{s"*
m.Play(); (<xfCH
F5
break; \=ux atw
case ("wav"): CU@Rob}s
WAV w = new WAV(); VoWNW
w.Play(); Zy?Hi`
break; l:,'j@%
} :fZ}o|t7
} QLiu2U o
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 8y.wSu
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) gf
&Pn
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 B][U4WJ)
public class AudioMedia LcTt)rs
f
{ O
@j} K4
public void Play() ':3pq2{
{ R5-@
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); P"IPcT%Ob%
} %u5L!W&
} H2jgO?l;!
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 nG'&ZjA
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Rnr(g;2
public abstract class AudioMedia sHt].gZ
{ y[)>yq y
public abstract void Play(); ?R$F)g7<
} qzKdQ&vO
2db3I:;E
public class MP3:AudioMedia vZaZc}AyL
{ U4C 9<h&
public override void Play() 2a`o
&S
{ L\xk:j1[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ez
fN&8E
} KyYMfC
} gM
u"2I5
t!W(_8j
public class WAV:AudioMedia >_-s8t=|
{ zuJ@E=7
public override void Play() KWowN;
{ @hiCI.?X
MessageBox.Show("Play the wav file."); /'l{E
} `(ue63AZ
} _/-jX
4U+xb>
public class MediaPlayer jHE}qE~>5
{ S >X:ZYYC
//根据需要完成任务的单向分派 =S+wCN
public void Play(AudioMedia media) e.7EU
{ IEsEdw]aZE
media.Play(); M/>7pZW
} hKLCJ#T
} +./H6!
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)。 e,vvzso
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。 1PQ~jfGi
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: nYR#
public abstract class VideoMedia Wz49i9e+d
{ [q)8N
public abstract void Play(); bMg(B-uF7
} Ui_8)z _
|ef7bKU8
public class RM:VideoMedia cl=EA6P\X
{ aQ?/%\>
public override void Play() XHK<AO^
{ }Jy8.<Gd^
MessageBox.Show("Play the rm file."); A}G7l?V&
} /YW>*?"N
} CrC^1K
]@j*/IP
public class MPEG:VideoMedia %Gz0^[+
{ )t0$qd ]
public override void Play() Vd,jlt.t
{ ([\
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 0QXVW}`hz
} "}u.v?HYz
} qT{U(
W=^#v
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 n$xc];j
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: +Mo9kC
ov`h
public interface IMedia p
Dx1z|@z
{ &=Ar
void Play(); Z&Pg"a?\
} bH7X'%r
jVv0ST*z
public abstract class AudioMedia:IMedia ieDk;
{ \r;#g{
_
public abstract void Play(); Vwg|K|
} L[oui,}_
jaTh^L
public abstract class VideoMedia:IMedia s@&`f{
{ 'y;EhOwj,
public abstract void Play(); sT3^hY7
} dpAjR
Su
586;\
这样再更改MediaPlayer类的代码: #C~+JL
public class MediaPlayer GY6`JWk
{ ?*[N_'2W+
public void Play(IMedia media) NPhhD&W_
{ eJF5n#
media.Play(); 8p^bD}lN7
} cv-PRH#
}
?]|\4]zV
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 / ;$#d}R
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 {C 6=[
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 iEVb"w059
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x5,++7Tz
{ w k(VR
IMedia media = null; q
MfT>rH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J`peX0Stl
{ 3 R=,1<
case ("mp3"): `YFtL
media = new MP3(); 4x{0iav
break; ~bM4[*Q7
//其它类型略; oRm L
{UDZ
case ("rm"): 0LPig[
media = new RM(); 3QV*%
break; nHnK)9\N
//其它类型略; A;;fACF8e
} ciFmaM.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); q!{y&.&\
player.Play(media); 35Ij
..z0
} |'.*K]Yp
1Ce@*XBU
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 yQ_B)b
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 r54&XE]O
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 )JDs\fUE
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 9A/\h3HrJ
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Hbj,[$Jb
public interface IMediaFactory #X%~B'
{ l7XUXbYp&=
IMedia CreateMedia(); 03|PYk 6EW
} \l'm[jy>
Lz`E;k^
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/s7y6b+
public class MP3Factory:IMediaFactory %}SGl${-
{ 8qk?E6
public IMedia CreateMedia() .GsV>H
{ m;H.#^b*
return new MP3(); _BM"
]t*
} nG,A@/N
} >QjAoDVX?
//其它工厂略; X}=n:Ql'YY
^`*9QjY
public class RMFactory:IMediaFactory 3)F|*F3R
{ =!kk|_0%E
public IMedia CreateMedia() M`. tf_x
{ jlkmLcpf
return new RM(); G<At_YS
} 0C =3dnp6
} H35S#+KX
//其它工厂略; J}htu
j5K]CTz#
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。 Hc!
mB
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: B( ]M&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) i'a?kSy
{ .\[`B.Q
IMediaFactory factory = null; xAqb\|$^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) YNLV9.P6
{ un)4eo!7
//音频媒体 NE"@Bk
cm
case ("mp3"): I3=%h
factory = new MP3Factory(); ge,H-8'Z
break; $:cE ^8K
//视频媒体 tR}MrM
case ("rm"): sR(9IW-
factory = new RMFactory(); 19&<|qTz
break; j.C`U(n}`
//其他类型略; :9O#ObFR
} {E
p0TVj`
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); A'j;\
`1
player.Play(factory.CreateMedia()); 52SaKA[
} cWEE%
a;rdQ>
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 @>d*H75
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: W0y '5`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |2?'9<
{ I, -hf=-
IMediaFactory factory = null; VLS0XKI)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;Yx)tWQI
{ M3J#'%$
case ("mp3"): ?HTjmIb
factory = new MP3Factory(); SHvq.lYJ
break; L;
T8?+x
//其他类型略; u}>#Eb
case ("rm"): }E+!91't.^
factory = new RMFactory(); ;,$NAejgd
break; O!zV)^r
//其他类型略; B\<Q ;RI2;
} Ao&\EcIOT
IMedia media = factory.CreateMedia(); G'rxXJq
media.Play(); 3;)>Fs;
} IM:=@a{
|M>eEE*F<
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 6BY-^"W5`
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 !(mjyr
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 wAX1l*`
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: O#x*iI%
3 j!3E
<appSettings> b_,|>U
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> uXI_M)
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> X'wE7=29M
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> |>27'#JC
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> J cg,#@
</appSettings> _,zA ^*b
_]04lGx27
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: Scp7X7{N
private void InitMediaType() M^MdRu
{ l*ayd>`~x
cbbMediaType.Items.Clear(); \qR7mI/*
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) `Y
BC
{ INcg S MM
cbbMediaType.Item.Add(key); tna .52*/
} @xQgY*f#
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *n;!G8\
} AcS|c:3MUy
O>qll6]{@
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 3Dg,GaRk
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) WzAb|&?
{ JCz@s~f\y
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); F
;{n"3<
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); H70LhN
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 8j Mk)-
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~oI1zNz/
factoryDllName).Unwrap(); n/DP>U$I&
IMedia media = factory.CreateMedia(); N<f"]
media.Play(); bQE};wM,
} k xP-,MD
uJOJ-5}yt
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。 "XB[|#&
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: 0rh]]kj
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 |w_7_J2
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!