面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT)
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8qY79)vD4E
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。 %b%-Ogz;4
一、传统过程化设计思想 vL|SY_:4
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;B8i!gD
public class MediaPlayer \.C+ue
{ J@^8ko
private void PlayMp3() =+/eLKG
{ 88VZR&v
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $}<PL}+
} 8J=?5
.Obw|V-
private void PlayWav() y[`l3;u:'
{ _a5d?Q9Z
MessageBox.Show("Play the wav file."); )jU)_To
} k&&2Tq
52SaKA[
public void Play(string audioType) 6 )Hwt_b
{ f* !j[U/r_
switch (audioType.ToLower()) @>d*H75
{
>7wOoK|1'
case ("mp3"): |2?'9<
PlayMp3(); QP@%(]f G
break; ~c8?>oN(
case ("wav"): K-e9>fmB#
PlayWav(); sc|_Q/`\.
break; ?p9VO.^5
} fdxLAC
} VO,!x~S!
} 2>|dF~"
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 L;
T8?+ x
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 vGc,vjC3x
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ;o^eC!:/%
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 }E+!91't.^
二、面向对象设计思想 ;,$NAejgd
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! k'gh
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: m`IC6*
public class MP3 6o
|kIBte-
{ {G|,\O1
public void Play() m#8m] Y
{ c|lu&}BS
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @x9a?L.48
} 0Oi,#]F
} `k=bL"T>\
{FO;Yg'
public class WAV N8!cO[3Oh
{ {s)+R[?m<o
public void Play() q`|LRz&al
{ p`mS[bxv!
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~3UQ|j
} AK&S5F>D+B
} Jpj}@,
b^ L
\>3
Public class MediaPlayer pwO>h>ik
{ CEXyrs<
switch (audioType.ToLower()) /|r^W\DV&x
{ -|kA)M[
case ("mp3"): TK5K_V*7
MP3 m = new MP3(); vh"R'o
m.Play(); W@ T~ly;e*
break; 9!f/aI
case ("wav"): $iI]MV%=
WAV w = new WAV(); QBtnx[
w.Play(); #%`|~%`{:
break; un shH <
} FjK3
.>'
} 'Hc-~l>D
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 [r3 !\HI7x
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) - d8TD*^
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Q<z_/j9
public class AudioMedia ,%n\=
{ #?5 (o
public void Play() U3 */v4/
{ @*}D$}aR'V
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); qgE 73.!`6
} wDcj,:h`
} 4S,`bnmB
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)。 ^cV;~&|.Xk
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: $>*3/H
public abstract class AudioMedia if}-_E<F
{ wkP#Z"A0~
public abstract void Play(); (2$(
?-M
} I{
HN67O
aki_RG>U'
public class MP3:AudioMedia tDSJpW'd
{ (]b!{kS
public override void Play() 9w"h
{ MA;1;uI,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kz{/(t
} "Weg7mc#
} cS>e?
^9^WuSq
public class WAV:AudioMedia 3l)h yVf&
{ ipQLK{]t
public override void Play() 8S>&WR%jH]
{ ([
jF4/
MessageBox.Show("Play the wav file."); `n$I]_}/%
} %R@X>2l/_
} 7+]=-
&f!z1d-qg?
public class MediaPlayer NZ;{t\
{ '#s05hr
//根据需要完成任务的单向分派 D|@/yDQ
public void Play(AudioMedia media) JmPHAUd
{ xm%Um\Pb7
media.Play(); =jlt5 z
} e"/;7:J5\
} ] x\-$~E
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)。 +lJG(Qd
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。 p+l !6
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: ElS 9?Q+
public abstract class VideoMedia 9[1`jtm
{ 3mYiQ2
public abstract void Play(); i%ZW3MrY~
} 5V5%/FUm
f&}k^>N#3
public class RM:VideoMedia +SsK21f"r
{ n,=VQOu
public override void Play() I([!]z
{ k:JrHBKv\
MessageBox.Show("Play the rm file."); j*F`"df
} gT$Ju88
} ~7Ts_:E-
f>aEkh6u9
public class MPEG:VideoMedia #Xhdn\7
{ x\F,SEj
public override void Play() -`<kCW"
{ K#*reJ}K
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g) p,5BADm
} SxdE?uCUS
} (ohq0Y
.{ 44a$)
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。 [!} :KD2yX
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: %FXfqF9
ObLly%|i
public interface IMedia I"Ms-zs
{ #?q&r_@@
void Play(); j;s"q]"x]
} 8#(Q_
V+Cwzc^j
public abstract class AudioMedia:IMedia 7:9.&W/KE
{ L !=4N!j
public abstract void Play(); ,S'p%g
} yyv8gH
I*x[:)X8
public abstract class VideoMedia:IMedia 9;Itqe{8w
{ Gqcq,_?gt
public abstract void Play(); ?47@o1
} Vnx,5E&
p[<Dk$7K
这样再更改MediaPlayer类的代码: Vy*:ne
public class MediaPlayer Xv<B1
{ uwa~-xX6
public void Play(IMedia media) vJ\pR~?
{ N` aF{3[
media.Play(); a;QMAd!
} T^T[$26
} Y|8:;u'
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 'rMN=1:iu"
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。 M&NB/
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。 <@}I0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f8M$45A'
{ '|S%aMLZ)
IMedia media = null; w=j
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Mu{;vf|j
{ Nc+,&R13m
case ("mp3"): $-#Yl&?z9
media = new MP3(); PUo/J~ v
break; Q -MQ9'
//其它类型略; #+$G=pS'v
case ("rm"): ?*?RP)V
media = new RM(); VYt!U
break; sXi=70o
//其它类型略; 9Xl`pEhC
} y]J89
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Cl^\OZN\=
player.Play(media); 0{dz5gUde
} 9:`(Q3Ei
e*bH0'; q
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (T!9SU
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。 BNd^qB ?
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。 \e!vj.PU
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。 iXjo[Rz^C
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: OfctoPP _0
public interface IMediaFactory M7ers|&{
{ 0PU8#2pR
IMedia CreateMedia(); UlAzJO6"
} qZ}P*+`Q
deM7fN4lTi
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: uL3Eq>~x
public class MP3Factory:IMediaFactory " R-!(9k^`
{ io#&o;M<
public IMedia CreateMedia() TjHwjRa
{ nBHnkbKoy
return new MP3(); UW9?p}F
} |N}P(GF
} H^.IY_I`U*
//其它工厂略; DXa=|T
0
;b[QRmy
public class RMFactory:IMediaFactory d}JP!xf%
{ 6KVnnK
public IMedia CreateMedia() &^}6
9
{ |1ST=O7.LH
return new RM(); YO}1(m
} wjh=Q
} Zs}5Smjl;%
//其它工厂略; SB5&A_tr
AX= 1b,s
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。 3t<a $i
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Y`o+XimX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Qb)C[5a}
{ X6 6VU
IMediaFactory factory = null; ]da^xWK
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) x.3J[=z=>
{ lu#LCG-.
//音频媒体 wE@'ap#
case ("mp3"): )(tM/r4`c&
factory = new MP3Factory(); uu}x@T@
break; '=1KVE^Fk
//视频媒体 Q%wY
case ("rm"): -
/(s#D
factory = new RMFactory(); -T&.kYqnb$
break; e.@uhB.
//其他类型略; `.T}=j|
} 8me ]JRw
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 05snuNt]-
player.Play(factory.CreateMedia()); iJZ/jCI
} +V{7")px6
8E4mA5@
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。 `2`\]X_A{
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: ] )F7)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @BrMl%gV
{ x7vctjM|
IMediaFactory factory = null; u`olW%C/T
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Q>R>R*1.j
{ F29va
case ("mp3"): ?gPKcjgoH!
factory = new MP3Factory(); Q}!mx7b0]
break; $uap8nN
//其他类型略; 5*E#*H
case ("rm"): \MK*by
factory = new RMFactory(); 6gT5O]]#o
break; (`6T&>(4
//其他类型略; NTS#sgP
} vTaJqEE
IMedia media = factory.CreateMedia(); $b<6y/"
media.Play(); =xsTDjH>
} ovwQ2TuK
?[&2o|
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 u$D*tqxG
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。 (u]N
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。 MB%Q WU
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: \~BDm
f8SL3+v
<appSettings> m$9w"8R
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> f+|$&p%
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> quvanxV-L
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 8E8N6
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !q-f9E4`
</appSettings> &AlJ "N|
?7M.o
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: q~@]W=
private void InitMediaType() eeHP&1= 7
{ S.Z9$k%
cbbMediaType.Items.Clear(); M[ z)6.
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) fM #7 y [
{ UG'bOF4
cbbMediaType.Item.Add(key); Wm H~m k"
} :> & fV
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; <\0vR20/
} 6Z`R#d #I
Cn>ADWpT&
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5C"QE8R o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) BW"&6t#kA
{ N`E-+9L)
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); xl"HotsX-x
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); h'$QC )P
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; /'Pd`Nxl.
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, >(y<0
factoryDllName).Unwrap(); gtYAHi
IMedia media = factory.CreateMedia(); `\X+ Ud|
media.Play(); 3:{yJdpg
} ;SwMu@tg
DAwqo.m
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。 gPu2G/Y
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: sHc Td>xS
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ~V/?H!r'{}
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!