面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) %l#i9$s
|A'y|/)#Z
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 ?OYK'p.
一、传统过程化设计思想 <:,m
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: ^{IF2_h"
public class MediaPlayer 3($ cBC
{ $E j;CN59
private void PlayMp3() $mV1K)ege
{ 907N;r
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); VDyQv^=#
} k`5jy~;
"x+o(jOy
private void PlayWav() :oYz=c
{ -/y]'_a
MessageBox.Show("Play the wav file."); v `a:Lj
} X#|B*t34
7<T1#~w4L
public void Play(string audioType) Q=,6W:j
{ $y0[AB|V
switch (audioType.ToLower()) _XO3ml\x@
{ Mj
guH5Uy
case ("mp3"): JBYmy_Su
PlayMp3(); iB]xYfQ&@V
break; lhx"<kR4
case ("wav"): ;77#$H8)
PlayWav(); X3bPBv
break; U/W<Sa\`
} Hd/|f;
} ;V=Y#|o
} bc?\lD$$
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。 {Tps3{|wt
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。 >o]!-46
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! R 2{ kS
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。 95wi~^^
二、面向对象设计思想 ji|+E`Nii
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! OzVCqq"]
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: H'Oy._,]t
public class MP3 )}/ ycTs
{ EDl*UG83G
public void Play() u["3| `C5
{ %`M IGi#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,R-T( <r
} 0gLl>tF[H
}
_i/x4,=xv
_uYidtxo=
public class WAV \4/zvlo]h
{ OH(w3:;[8
public void Play() prWK U
{ hLv~N}
MessageBox.Show("Play the wav file."); lBpy0lo#
} '^npZa'%sW
} r+0<A.''a
Z}8khNCYr
Public class MediaPlayer y:m
;_U,%c
{ 0Z m^6T
switch (audioType.ToLower()) gXNlnh%?S
{ \W,,@-
case ("mp3"): :aIS>6
MP3 m = new MP3(); >l0y
ss)I
m.Play(); ;ewqGDe'3
break; I)JqaM
case ("wav"): ccdP}|9e
WAV w = new WAV(); :Zs i5>MT
w.Play(); tFi'RRZ
break; k%|Sl>{Ir
} a_GnN\kX^Z
} -/ltnx)j
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。 KF%tF4^+|
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 6SJryf~w
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。 @(m+B\
public class AudioMedia @X|Mguq5
{ u!B6';XY
public void Play() KE~l#=S
{ $+P6R`K
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 4 kNiS^h
} I:L}7uA[t
} E.'v,GYe
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 At0ahy+
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: _s1pif
public abstract class AudioMedia Jp d|<\Ml
{ #80[q3
public abstract void Play(); -lb,0
} 5}+&Em":
YLx4qE
public class MP3:AudioMedia lWR".
{ d
:a*;F
public override void Play() f*:DH4g }B
{ C'wRF90
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Sb/`a~q^
} xa=Lu?t%<
} a7?)x])e
x @a3STKT
public class WAV:AudioMedia ]SO-NR
{ MyJ\/` 8
public override void Play() Z]QpH<Z
{ '&;s32']}
MessageBox.Show("Play the wav file."); oy _DYop
} <27:O,I
} .:b&$~<
Fhk 8
public class MediaPlayer >iKbn
{ jO5,PTV
//根据需要完成任务的单向分派 OxC8xB;`
public void Play(AudioMedia media) UG!528;7
{ , S
}
media.Play(); xpU7ZY
} l9P=1TL
} p9(|p Z
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)。 R ^ln-H;
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。 }Z,x F`
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: rP7[{'%r
public abstract class VideoMedia it#,5#Y:
{ Rt9S
public abstract void Play(); k vQ]
}`a
} j1141md5
=-m"y~{>3
public class RM:VideoMedia :,@\q0j"=
{ TOx >Z
public override void Play() }<9IH%sgF
{ ] oMtqkiR
MessageBox.Show("Play the rm file."); @CUYl*.PD
} e|e"lP
} kR
!O-@GJ]
z*w.A=r
public class MPEG:VideoMedia _X6@.sM/2
{ AhCqQ.O71
public override void Play() >* )fmfY
{ fN!lXPgM
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); }ZKG-~
} .*k$abb
} ~x-v%x6
;_oJGII?br
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 5{Oq* |
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: wR%F>[6.{
DCheG7lo{
public interface IMedia s$wIL//=
{ }HKt{k&$
void Play(); Mjj5~by:
} Pl\r|gS;
QUO'{;,
public abstract class AudioMedia:IMedia Yf?hl
{ 51Q m2,P1^
public abstract void Play(); Q|7$SS6$
} ?lPyapA]
8JFvz(SK>
public abstract class VideoMedia:IMedia 4/?@ %
{ ecsQshR
public abstract void Play(); Re<@.d
} |6O7_U#q
NE)Yd7m-
这样再更改MediaPlayer类的代码: 5I6u 2k3
public class MediaPlayer |\<L7|hb9
{ Errs6
public void Play(IMedia media) crbph.0
{ /=K(5Xd
media.Play(); G&z^AV
} q\n,/#'i~
} kc7,F2=F
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Kk\TW1w3
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。 n|N?[)^k
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。 o FS2*u
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !Pc&Sg
{ Wi+}qO
IMedia media = null; fWz=bJ"V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eq6>C7.$
{ hQ@E2 Xsv
case ("mp3"): .gclE~h.
media = new MP3(); gski:C
break; M 3&GO5<
//其它类型略; L6 IIk
case ("rm"): =fcM2O#$
media = new RM(); v
vzP t.ag
break; Xx+eGV";`
//其它类型略; '',g}WvRwe
} {X EX0|TZ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p~3 (nk<+
player.Play(media); ,.z?=]'en
} )qua0'y]@
jY k5]2#A
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 {l9g YA
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。 fl}!V4
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。 ZKTY1JW_
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。 8.zYa(<2
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: ,v#O{ma
public interface IMediaFactory JI[{n~bhGD
{ z)ndj
1,#)
IMedia CreateMedia(); Sfa;;7W@R
} jR2^n`D
Tvl"KVGm
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: 7DPxz'7):
public class MP3Factory:IMediaFactory ^O
QeOTF
{ ]NyN@9u@(
public IMedia CreateMedia() nIWY<Z"
{ Vtv~jJ{m
return new MP3(); ]YrgkC35
} 9T_fq56Oh6
} rtdEIk
//其它工厂略; Pm"nwm
OK(xG3T
public class RMFactory:IMediaFactory +Kp8X53
{ DEW;0ic
public IMedia CreateMedia() b#(X+I
{ tTbfyI
return new RM(); UCo`l~K)qg
} Z]XjN@j"
} ~7wLnB
//其它工厂略; wlFK#iK
&N*l ?7(
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。 c"diNbm[
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: ?=,7'@e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3Mq%3jX
{ 'iU+mRLp
IMediaFactory factory = null; =9;b|Y"aQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) VA@
{ ^"iJ
//音频媒体 b$sT`+4q
case ("mp3"): L;=3n[^x
factory = new MP3Factory(); Ln8r~[tVE<
break; ]sI\.a
//视频媒体 \c1>15
case ("rm"): bPIo9clq
factory = new RMFactory(); 9
^=kt 2[
break; QJSi|&Rx&?
//其他类型略; K{9
} +k V$ @qH
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )"J1ET,z
player.Play(factory.CreateMedia()); -^JPY)\R
} B r6tgoA
KB{IWu
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。
Wf~PP;
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: VAp 1{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j_.tg7X
{ R5xV_;wD
IMediaFactory factory = null; '$[a-)4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IP^1ca#<
{ t$b5,"G1
case ("mp3"): <Y"HCa{
factory = new MP3Factory(); U,8mYv2|
break; c`/kx
//其他类型略; a1EQ.u
case ("rm"): +F~B"a
factory = new RMFactory(); :kC*<f\
break; !+DhH2;)F
//其他类型略; o(C;;C(*{
} jW{bP_,"
IMedia media = factory.CreateMedia(); XePGOw))O
media.Play();
`)>}b 3
} =7EkN% V:{
fNV-_^,R9
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。 ;M"[dy`dY
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。 wEw;],ur
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。 yH9&HFDp
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: e-nwR
$RYOj{1
<appSettings> R[rOzoNp0
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> FH{p1_kZ=
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> {{AZW
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> sq@c?!'
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> (w vU;u
</appSettings> Z*IW*f&0>1
pb G5y7
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 1@9M[_<n5
private void InitMediaType() X`fm5y
{ tBETNt7
cbbMediaType.Items.Clear(); k"6v& O
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ^>^h|$
{ "N)InPR-
cbbMediaType.Item.Add(key); 6!8uZ>u%Vg
} .*Bd'\:F/q
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ~%h&ELSw
} J ~KygQ3%
v5&W)F
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: KL*+gq0k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cC]]H&'Hg+
{ i(*fv(z
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 9Q1w$t~Y
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); N,.awA{
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; .HRd6O;
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, e7tio!
factoryDllName).Unwrap(); N4b{^JkF
IMedia media = factory.CreateMedia(); >qUD_U3A
media.Play(); kh8 M=
} )\7Cp -E-W
V{~~8b1E
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。 c7R&/JV
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: c=^69>w
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 BU7QK_zT:
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!