面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) pX<a2FP
ZcZ;$*
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。 te2
Iu%5 z
一、传统过程化设计思想 '.p? 6k!K
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: BQjam+u6
public class MediaPlayer &P n]
{ Z|`fHO3j
private void PlayMp3() =%h~/,
{ nN ~GP"}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [a8+(
} }#aKFcvg
>x'bZ]gm
private void PlayWav() c)1=U_6 1
{ wR7aQg
MessageBox.Show("Play the wav file."); c d%hW
} _@ i>s,
AQci,j"
public void Play(string audioType) $ly0h W
{ }~*rx7p
switch (audioType.ToLower()) lvufk VG|
{ XN;/nU
case ("mp3"): pVOI5>f\
PlayMp3(); ?*K<*wBw#
break; ,ZK]i CGk
case ("wav"): b]`^KTYK
PlayWav(); Jqg3.2q
break; aW@oE
~`
} Mj~${vj
} w<d*#$[,*
} *:QXz<_x+
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。 piu0^vEEH
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。 8!j=vCv
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! uJPH~mdW
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。 b|E/LKa
二、面向对象设计思想 uiK:*[
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! !Y%D
9
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: >0T3'/k<H
public class MP3 #^\}xn"[
{ $j
!8?
public void Play() nO@+s
F
{ kukaim>K
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); d8.ajeN]o
} +{xG<Wkltz
} FT_k^CC
b]dxlj}
<
public class WAV s,
-*q}
{ |+/$ g.
public void Play() )_O.{$
to
{ Y\u_+CG*
MessageBox.Show("Play the wav file."); /.-m}0h|W-
} aL$j/SC
} B*Cb6'Q
4sd-zl$Of
Public class MediaPlayer 6bJ"$ o
{ O<a3DyUa;
switch (audioType.ToLower()) kGj]i@(PA4
{ o*)@oU
case ("mp3"): drX4$Kdf]
MP3 m = new MP3(); &z0iLa4q)
m.Play(); r!M#7FDs(
break; vz,LF=s2
case ("wav"): P6E1^$e
WAV w = new WAV(); /'NUZ9
w.Play(); sbjtL,
break; '5cZzC
2
} feg`(R2
} dp< auA
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。 `7>K1slQ}S
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ws().IZ
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。 [EOMCH2Ki
public class AudioMedia dAwS<5!
{ eHROBxH&
public void Play() WnO DDr
{ +cw{aI`a8
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); U;>B7X;`E4
} 9T]va]w?#
} C[W5d~@;E
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)。 YRu%j4Tx
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: ^~*8 @v""
public abstract class AudioMedia H>Sf[8w)%
{ 6DO0zNTY
public abstract void Play(); Z#LUez;&t#
} I`#EhH
p1uN]T7>
public class MP3:AudioMedia =jBL'|k5
{ ~W/}:;
public override void Play() Bx%=EN5.
{ eAU"fu6d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C*]AL/
} n\
Gg6Y
} eFes+i( 35
5GUH;o1m
public class WAV:AudioMedia wz)m{:b<
{ =yo=q)W
public override void Play() 4&H+hN{3
{ }RH lYN
MessageBox.Show("Play the wav file."); <f[9j u
} +%x^ RV}
} 4KZ SL:A
>5df@_'
public class MediaPlayer )e#fj+>x)
{ TLX^~W[gOm
//根据需要完成任务的单向分派 7:ckq(89
public void Play(AudioMedia media) v7g
[Lk
{ h
F Dze
media.Play(); dkf}),Z F
} *;Ak5.du
} }1@n(#|c
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)。 DwT i_8m;
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.HG]
/u
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: _82<|NN:
public abstract class VideoMedia D@2Ya/c
{ ^CO#QnB @
public abstract void Play(); kaV%0Of]
} mMga"I9
MyK^i2eD
public class RM:VideoMedia a_xQ~:H
{ F: f2s:<
public override void Play() ?UU5hek+m
{ |c]> Q
MessageBox.Show("Play the rm file."); [p2g_bI8yK
} Q1K"%
} B<rPvM7a
rrW! X q
public class MPEG:VideoMedia !Jh*a *I}
{ 'et(:}i
public override void Play() q`h7H][(A
{ xAFek;GY?
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); yo'q[YtP'
} gt#MeU
} Cq
TH!'N
]w5ji
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 VPg`+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: U<1}I.hDJ
+'!h-x1y~
public interface IMedia :17ee
{ gCjH%=s
void Play();
R>^5$[
} 1{= E?
+k#mvPq
public abstract class AudioMedia:IMedia k0gJ('zah
{ Vj#%B.#Zbf
public abstract void Play(); &8R-C[A
} (*LTqC
oB hL}r
public abstract class VideoMedia:IMedia 6(!,H<bON
{ GZ;Z
public abstract void Play(); <m-Ni
} hB?U5J
k?!TjBKm
这样再更改MediaPlayer类的代码: kO
/~i
public class MediaPlayer H0 {Mlu9
{ bWhJ^LD
public void Play(IMedia media) bkJwP s
{ hhN(;.
media.Play(); P?-d[zLA
} )G}sb*+v?
}
J(H??9(s
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 F Bd+=bx,Z
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。 FjK Ke7
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。 ju
@%A@s
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X20<r?^,,
{ :7zI3Ml@7
IMedia media = null; 1c1e+H
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) EU`'
8*4
{ \"<GL;
case ("mp3"): yQ72v'
media = new MP3(); D'U\]'.
break; +H5 jRw
//其它类型略; F#zQQ)(Pf
case ("rm"): i4 y(H
media = new RM(); Lh8#I&x
break; THegPD67J
//其它类型略; s?1-$|*
} iPRJA{$b_
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ]9!Gg
player.Play(media); G <} 7vF
} Vs2 v j
krnvFZRTQ
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 N^nDWK
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。 d!a2[2Us
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。 BxW||O|_N"
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。 =|DkD-
O
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: $i5G7b
public interface IMediaFactory s.k`];wo
{ _rWTw+
L
IMedia CreateMedia(); x`j_d:C~G
} AmUe0CQ:k'
K6PC&+x
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ^MF=,U'8
public class MP3Factory:IMediaFactory bCe[nmE2
{ oW\Q>c7
=
public IMedia CreateMedia() rzc 3k~@
{ % B7?l
return new MP3(); AZBY, :>D
} ]G$!/vXP
} ;NvhL|R
//其它工厂略; C/grrw
{Hrr:hC
public class RMFactory:IMediaFactory OP\^c
{ O~c+$(
public IMedia CreateMedia() tPMgZ
{ 0|f_C3
return new RM(); ]VO,}
`
} g/J^K*3]
} }VJ hw*s
//其它工厂略; -f
'q
l.Lc]ZpB
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 {#d`&]
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ~h~r]tV*+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ZFd{q)qe
{ `rRg(fCN!M
IMediaFactory factory = null; g]TI8&tP!L
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) fitK2d
{ [jmAMF<F
//音频媒体 +L<w."WG
case ("mp3"): 9h)P8B.>M
factory = new MP3Factory(); ).@)t:uNa
break; !*$'fn'bAA
//视频媒体 |x}&wFV
case ("rm"): )gm \e?^
factory = new RMFactory(); ek_i{'hFd
break; d,E/9y\e
//其他类型略; kB!M[[t
} aNh1e^j
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); <jg
wdbT"6
player.Play(factory.CreateMedia()); jAK`96+D~b
} \)s 3]/"7
r]K0
]h@B
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。 0v,`P4_k
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: YH:W]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r>D[5B
{ ]mDsUZf<
IMediaFactory factory = null; #|2g{7g*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) qoyGs}/I8
{ g^|_X1{
case ("mp3"): O,z%7><
factory = new MP3Factory(); 1tK6lrhj
break; d#$i/&gE
//其他类型略; FCw
VVF0y
case ("rm"): 2* cKFv{
factory = new RMFactory(); FnU{C= P
break; I "+|cFq.
//其他类型略; 62KW
HB9S
} ,L;c{[*rh
IMedia media = factory.CreateMedia(); .bl/At3A
media.Play(); ,_7tRkn
} r+WPQ`Ar
[zO(V`S2
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。 <\#
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。 ^SelqX
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。 6!Ap;O^*
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: d+wNGN
R;I-IZS:
<appSettings> $DMu~wwfG
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> _jI)!rfb
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> >0G}, S
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> (Su2\x
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> x[,wJzp\6
</appSettings> H'(o}cn7~
8`R}L
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: bKbpI>;[
private void InitMediaType() d%|#m)
{ !D]6Cq
cbbMediaType.Items.Clear(); d3q/mg 5a
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) c^/?VmCQ}
{ nV6g]#~@
cbbMediaType.Item.Add(key); g960;waz3
} ri_6wbPp
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; `oI/;&
} x'PjP1
'jO-e^qT
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: J}` $WL:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7'l{I'Z
{ x#xO {
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ?p\II7
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 7m)ykq:?
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ?
Gu_UW
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, a!]QD`
factoryDllName).Unwrap(); '/)_{Ly
IMedia media = factory.CreateMedia(); T<~[vjA
media.Play(); iZqFVr&JF
} o+WrIAR
.A f)y_
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 6je%LHhL
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: BN>$LL
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 AG!a=ufc0
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!