面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _}p[(sTV
bEcN_7
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。 P.Bwfa
一、传统过程化设计思想 | I:@:
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: !%65YTxY-
public class MediaPlayer LI.WcI3uS
{ <Mvniz
private void PlayMp3() k^ZP~.G
{ ktfm
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mTu>S
} 9+9g (6
yOz6a :r
private void PlayWav() 8'@5X-nD
{ {K+f&75
MessageBox.Show("Play the wav file."); |
U0s1f
} >#:SJ?)`T
KS(H_&j
public void Play(string audioType) AjEy@/
{ HUjX[w8
switch (audioType.ToLower()) f$^wu~
{ qZF&^pCF}
case ("mp3"): b%MZfaU
PlayMp3(); 6HBDs:
break; R/"f
case ("wav"): RgV3, z
PlayWav(); T5T%[Gv
break; =$4I}2
} f@YdL6&d-
} BhDg\oxZ
} +0U=UV)U
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 s1wlO y
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 :y7K3:d3
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! P9
HKev?y
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 M7?ktK9`ma
二、面向对象设计思想 {E%c%zzQ
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! IH=$
wc
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: XcT!4xG0
public class MP3 DqWy@7
a
{ C~4SPCU
public void Play() E0RqY3
{ {Ni]S$7
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ojz'p5d`>
} 3m75mny
} Nzgi)xX0HX
?xv."I%
public class WAV uz+WVmb
{ 2iM}YCV
public void Play() v\dQjQu8m
{ Tk[]l7R~
MessageBox.Show("Play the wav file."); (bv{17K
} &c!6e<o[p
} %ZD]qaU0
P\K#q%8
Public class MediaPlayer DgcS@N
{ G7CkP
switch (audioType.ToLower()) U&6A)SW,k
{ >k`qPpf&
case ("mp3"): [ x+-N7
MP3 m = new MP3(); y'`7zJ
m.Play(); .9e5@@VR
break; !;8Y?c-D
case ("wav"): '8zd]U
WAV w = new WAV(); 7+f6?
w.Play(); [err$
break; x&DqTX?b,
} d #1&"(
} >)C7IQ/
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。 PcA^ jBgGl
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) EpG9t9S9
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。 [- 92]
public class AudioMedia 3.#L
{ w;}5B~).
public void Play() Nb:j]U
{ AJ>E\DK0]
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); c-JXWNz
} mZB:j]T
} 7"2BZ
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)。 )/DN>rU
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: k0=!%f_G!
public abstract class AudioMedia 0qNmao4E_
{ wxcJ2T d H
public abstract void Play(); Wjq9f;
} ]Xa]a}[uE
LE{@J0r#n
public class MP3:AudioMedia Sak^J.~G[
{ ;6R9k]5P%
public override void Play() kJ"rRsK
{ kwUUvF7w
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9Br+]F_i
} g7?[}?]3"p
} 8K9HFT@yV
w^8Q~3|7
public class WAV:AudioMedia |sr\SCx
{ 9^g8VlQdT
public override void Play() sx azl]
{ +|bmUm<2
MessageBox.Show("Play the wav file."); }iDRlE,
} C ibfuR
} Dti-*LB1
PTe$dPB
public class MediaPlayer 5P<1I7d
{ 0vLx={i
//根据需要完成任务的单向分派 1J1Jp|j.
public void Play(AudioMedia media) *A!M0TK?i,
{ A4(L47^
media.Play(); XM!oN^
} <-N eusx%
} :tO?+1
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)。 !QAndg{;D
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。 !{V`N|0
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: yx`@f8Kr
public abstract class VideoMedia ='D%c^;O8'
{ bE%
Hm!
public abstract void Play(); gNxv.6Pp=
} >CKa?N;
5K9W5hA:D
public class RM:VideoMedia (9( xJ)
{ SE(<(w
public override void Play() *IbDA
{ i| cA)
MessageBox.Show("Play the rm file."); |%8t.Z
} vh"';L_*37
} gYbvCs8O!
_5n2'\] H`
public class MPEG:VideoMedia FEhBhv|m
{ l2W+VBn6
public override void Play() }`
`oojz
{ PT,*KYF_O"
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ,e$RvFB
} Bi fI.2|
} D_<B^3w)
JfJ ln[
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 +1qvT_
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 'p[6K'Uq5
l]DRJ
public interface IMedia *vBhd2HO
{ o|n;{zT"
void Play(); J%ws-A?6rN
} h\#4[/
C`Vuw|Xl
public abstract class AudioMedia:IMedia 1G`5FU
{ IA1O]i
S
public abstract void Play(); W!8$:Ih_Z
} UE_>@_T
:FSg%IUX
public abstract class VideoMedia:IMedia :W&klUU"
{ GPAC0K^p
public abstract void Play(); H"pYj
} }T902RL0
vQXF$/S
这样再更改MediaPlayer类的代码: ,agkV)H
public class MediaPlayer Jt8M;Yk
{ P
>0S ZP
public void Play(IMedia media) Brg0: 5H
{ uJ=&++[
media.Play();
ArX*3
} Jp)PKS
![
} nC/T$
#G
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 \K9Y@jnr
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。 coaJDg+
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。 7m8:odeF
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6"?#s/fk
{ RToX[R;1E
IMedia media = null; 0=`aXb-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) H!y@.W{_
{ @AG=Eq9<o
case ("mp3"): yF` (GU
media = new MP3(); P'_ aNU
break; ?b^<Tny
//其它类型略;
2 (ux
case ("rm"): )CL/%I,^
media = new RM(); 3 5-FD{
break; *Z"Kvj;>u
//其它类型略; ZMyd+C_P2
} c:z}$DK&'
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); QQHC
1
player.Play(media); 6*ZZ)W<
} Tig6<t+Q
:i?c
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Qw%0<~<
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。 Z#%77!3
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。 )Knsy
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。 qj*BV
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: /e*<-a
public interface IMediaFactory z9#jXC#OdN
{ f}FJR6VO
IMedia CreateMedia(); R<h0RKiM@
} OK}8BY
NVC$8imip
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: )[sSCt]
public class MP3Factory:IMediaFactory #@5 jOi
{ ";0-9*I
public IMedia CreateMedia() &E
k\
{ }% |GV
return new MP3(); p:U{3uN 62
} 3^&pb
} h"nv[0!)
//其它工厂略; 0$nJd_gW_
U`'w{~"D%
public class RMFactory:IMediaFactory bL7mlh
{ !C0=
h
public IMedia CreateMedia() b}q,cm
{ WUi7~Ei}
return new RM(); %}&9[#
} L'h'm{i
} xhMdn3~U
//其它工厂略; 2I39fZa
?Z7C0u#wd
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。 V'?nS&,i
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: 54LCoG/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9zd)[4%=
{ (C QgT3V
IMediaFactory factory = null; IPE(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 55N/[{[
{ AB#hhi#
//音频媒体 3vs2}IV'
case ("mp3"): !*#=7^#
factory = new MP3Factory(); ;6)|'3.B9
break; X!_OOfueP8
//视频媒体 Kd,m;S\
case ("rm"): XJOo.Y
factory = new RMFactory(); -)<Nd:A
break; !8s:3]
//其他类型略; khu,P[3>
} !p9F'7;Y<
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @fYA{-ZC
player.Play(factory.CreateMedia()); +l3
vIN
} ?
8!N{NV
cRfX
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。 s^v,i
CH{
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: "|&*MjwN6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B'0Il"g'
{ ,>jm|BTD {
IMediaFactory factory = null; (}qLxZ/U
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) V[#lFl).
{ cE]kI,Fw,M
case ("mp3"): FRF}V@~
factory = new MP3Factory(); "Ii!)n,
break; `") I[h
//其他类型略; 6<~y!\4;F
case ("rm"): ,zyrBO0 Eq
factory = new RMFactory(); >)
:d38M
break; bo"I:)n;
//其他类型略; Tp6ysjao
} dX3>j{_
IMedia media = factory.CreateMedia(); %E!0,y,:
media.Play(); p_(hM&>C
} 5Np. &
mLYB6
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。 '}Y8a$(;V
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 =gqZ^v&5U
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ?3, *
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ffhD+-gTU
! O>mu6:Rf
<appSettings> Yr,1##u
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />
^~ I
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> +%~g$#tlJo
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> MU^Z*r
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> <z4!m/f[(
</appSettings> *ZEs5`x
!%(B2J
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: Yb\36|
private void InitMediaType() :R&tO3_F
{ TPzoU"
qh
cbbMediaType.Items.Clear(); /kq~*s
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }R'oAE}$
{ ixkg,
cbbMediaType.Item.Add(key); 0nd<6S+fs
} MLb\:Ihy
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; TP^0`L
} \dMsv1\
[)=FZF6kG
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: x"d*[m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3WVHI$A9
{ &pAT
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); pQ hv3F
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); i\'N1S<D
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; }A;Xd/,'r
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, dA~6{*)
factoryDllName).Unwrap(); h 2zCX
IMedia media = factory.CreateMedia(); sOW|TN>y\
media.Play(); q.t5L=l^
r
} J5"*OH:f
EKf4f^<
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。 3WYW])
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: Sq'z<}o
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 P;/T`R=Vr"
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!