面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) w>YDNOk
o(HbGHIP
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。 pXUSLs
一、传统过程化设计思想 t^L]/$q
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: *`U~?q}
public class MediaPlayer Je{ykL?N
{ BuwY3F\-O
private void PlayMp3() oQ# 8nu{k
{ hQi2U
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >/|*DI-HJ
} OYd !v`<
"fI6Cpc
private void PlayWav() :>*7=q=
{ ;fJ.8C
MessageBox.Show("Play the wav file."); yw!{MO
} G9lUxmS<
hj:,S|
public void Play(string audioType) RpK@?[4s
{ :svqE+2
switch (audioType.ToLower()) y^k$Us
{ =WLY 6)]A
case ("mp3"): >usL*b0%
PlayMp3(); ZC?Xqp
break; K'xV;r7Nt
case ("wav"): S@Y39
PlayWav(); 7nSxi+6e
break; fOHxtHM
} 5N]"~w*
} jylD6IT
} UBs4K*h|
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。 QnDg6m)+
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。 1cDF!X]
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! Q/?$x*\>
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 [K Qi.u
二、面向对象设计思想 {_}I!`opr$
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! 8(De^H lO
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: df=f62
public class MP3 ~~.}ah/_d
{ ta0|^KAA
public void Play() _GPe<H
{ <%^&2UMg
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *i,%,O96Nz
} xLE)/}y_7H
} ,+VGSd
7^Uv7<pw
public class WAV SJLis"8
{ 7=uj2.J6
public void Play() JT?h1v<H]
{ WA qINLdX
MessageBox.Show("Play the wav file."); _g8yDfcLG
} ^Pf WG*
}
y7{?Ip4[
IBGrt^$M
Public class MediaPlayer "MsIjSu
{ l] vm=7:
switch (audioType.ToLower()) _aphkeqd
{ xk5]^yDp
case ("mp3"): _{>vTBU4F
MP3 m = new MP3(); wL1MENzp*z
m.Play(); 4| f*eO
break; Sdo-nt
case ("wav"): - LSWmrj
WAV w = new WAV(); \['Cj*e k
w.Play(); `L
zPotz
break; n<,BmVQ
} ~o(
} 1 zZlC#V
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。 ks tIgcI
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 4*L_)z&4;
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*!#}z`
public class AudioMedia K9[UB
{ mw!F{pw
public void Play() u,
ff>/1
{ K'bP@y_cq
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); SBpL6~NW
} H|*m$|$,
} Q8NX)R
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)。 LLo;\WGZ
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: }EPY^VIw
public abstract class AudioMedia r$1Qf}J3=
{ \RiP
public abstract void Play(); j.Hf/vi`z
} D-c4EV
AdEMa}u6
public class MP3:AudioMedia g(052]
{ =&]L00u.
public override void Play() n]9$:aLZ
{ bsX[UF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); %;_MGae
} ,2q-D&)\Z
}
}pYqWTG
t!XwW$@
public class WAV:AudioMedia -~1~I
e2
{ `Oa
WGZ[
public override void Play() JI}'dU>*U:
{ Nc`L;CP
MessageBox.Show("Play the wav file."); gJXaPJA{
} WE?5ehEme
} wj,=$RX
cr3^6HB
public class MediaPlayer Upe%rC(
{ DUS6SO
//根据需要完成任务的单向分派 \dVOwr
public void Play(AudioMedia media) ]DcFySyv
{ EwN}l
media.Play(); ;+%rw 2Z,B
} icgfB-1|i
} Vksuu@cch
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)。 L,\Iasv
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。 3BI1fXT4=j
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: R_C)
public abstract class VideoMedia 4 KiY6)
{ dN q$}
public abstract void Play(); 8tL~FiHb"
} N7"W{"3D
h`q1
public class RM:VideoMedia s;e\ pt
{ 3`g^
public override void Play() b}`TLn
{ [JiH\+XLPs
MessageBox.Show("Play the rm file."); <I?Zk80
} -RwE%cr
} fC`&g~yK'
c{|p.hd
public class MPEG:VideoMedia $FV NCFN%
{ ]^E?;1$f?
public override void Play() la!~\wpa
{ dPlV>IM$z
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); T)/eeZ$
} FPz9N@M%Q
} o/E >f_k[
jcOcWB|
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。 1}x%%RD_
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: HJ"GnZp<
uRvP hkqm
public interface IMedia ,+k\p5P
{ [y(MCf19
void Play(); @gblW*Zhk
} L!9 2P{ K
%b$>qW\*&
public abstract class AudioMedia:IMedia _6Sp QW
{ q V=!ORuj
public abstract void Play(); )9g2D`a4
} |Cv!,]9:r
(.:e,l{U%
public abstract class VideoMedia:IMedia l?e.9o2-
{ I7onX,U+
public abstract void Play(); ="+#W6bZT
} A.SvA Yn
?,z}%p
这样再更改MediaPlayer类的代码: $Sq:q0
public class MediaPlayer ch]IzdD
{ Q &8-\
public void Play(IMedia media) }jXfb@`K
{ O-wzz
media.Play(); -7ep{p-
} sJZiI}Xc
} G|Ti4_w
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 9up3[F$
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。 t@(HF-4~=
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。 %{W6PrY{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3o*YzwRt
{ -).C
IMedia media = null; )0`C@um
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hN_]6,<\
{ vM={V$D&
case ("mp3"): yi[x}ffdE
media = new MP3(); $xsd~L&
break; -"x$ZnHU
//其它类型略; E.h*g8bXe
case ("rm"): 0GwR~Z}Z
media = new RM(); 43cE`9~
break; CIWO7bS
//其它类型略; !
nx{
X
} 0GL M(JmK
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Gv&V|7-f0
player.Play(media); P \I|,
} Pz7XAcPQ(
X$
D6Ey
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HS$r8`S?)
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 3]hWfj1m2
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 :FF=a3/"6
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ?6!LL5a.
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: P}iE+Z3
public interface IMediaFactory 8ag!K*\V<
{
7GGUV
IMedia CreateMedia(); (Ld i|jL
} bA 2pbjg=
@ Qe0! (_=
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: btB%[]
public class MP3Factory:IMediaFactory 9c],<;{'
{ 637:
oT_`O
public IMedia CreateMedia() ceA9){
{ }V>T M{
return new MP3(); Om&Dw|xG8
} ~DWl s.
} vO=fP_
//其它工厂略; cQ|NJ_F{1
XppOU
public class RMFactory:IMediaFactory ZCw]m#lS
{ e20-h3h+
public IMedia CreateMedia() {
w_e9W bi
{ ooGM$U
return new RM(); Gj*9~*xm(
} {g6%(X\r.r
} y`Fw-!'o
//其它工厂略; !>tL6+yj
d9ihhqq3}
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。 Bvj0^fSm
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: 2%1hdA<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) rqq1TRg
{ :k"]5>(^
IMediaFactory factory = null; Dq xs+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) s2?&!
{ L];b<*d
//音频媒体 Ac6=(B
case ("mp3"): %y@AA>x!
factory = new MP3Factory(); ysN3
break; 2c}E(8e]
//视频媒体 Rcv9mj]l
case ("rm"): <3iMRe
factory = new RMFactory(); J,G
lIv.A
break; QJNFA}*>
//其他类型略; mOSv9w#,
} 4Hg9N}
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); kza5ab
player.Play(factory.CreateMedia()); |{;G2G1[
} ^aQ"E9
g}i61(
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。 PH"%kCI:
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: $(
)>g>%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?"FbsMk.d
{ "b[5]Y{
U
IMediaFactory factory = null; @o^Ww
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;jPXs
{ <VcQ{F
case ("mp3"): MDN--p08
factory = new MP3Factory(); BVm0{*-[|
break; DlT{`
//其他类型略; Mtv?:q
case ("rm"): BY*Q_Et
factory = new RMFactory(); |%wX*zaf
break; %\DX#.
//其他类型略; GfG|&VNlz
} 'S~5"6r
IMedia media = factory.CreateMedia(); ~
1 pr~
media.Play(); (t.Nk[
} x"(KBEK~
edV\-H5<
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。 +V+a4lU14
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。 E9}C #
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。 zQA`/&=Y
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: H"KCK6
OB7hlW
<appSettings> r>\bW)e
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> '|4!5)/K
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 2tLJU Z1
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> eQ"E
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> h~26WLf.
</appSettings> N7_"H>O$0U
{!`4iiF
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: M;NX:mX9
private void InitMediaType() 6RM/GM
{ C?Ucu]cW
cbbMediaType.Items.Clear(); f5k6`7Vj]
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) =EIkD9u
{ $N\Ja*g
cbbMediaType.Item.Add(key); mTh]PPo
} zJXplvaL;
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; z=FZiH
} l@\FWWQ
Tr|JYLwF
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *kVV+H<X|b
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) b\ PgVBf9
{ +3`alHUK
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [V!tVDs&'o
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); dd["dBIZ '
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 2Hdu:"j
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, b2]Kx&!
factoryDllName).Unwrap(); jIF
|P-
IMedia media = factory.CreateMedia(); Bf:Q2slqI
media.Play(); B:QHwzd
} XM}hUJJW
Q^I\cAIB
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。 a6H%5N
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: .KC++\{HE
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 @H<q"-J
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!