面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) pb)kN%
`oH4"9&]k3
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%vIaP|]B
一、传统过程化设计思想 -*i_8`
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: )W InPW
public class MediaPlayer 2pU'&8
{ !zllvtK4
private void PlayMp3() vbd)L$$20+
{ 5+;Mc[V3-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); '5LdiSk
}
`*B V@
w%8y5v5
private void PlayWav() {dm>]@"S
{ ?$T ^L"~
MessageBox.Show("Play the wav file."); vhAgX0k
} &1R#!|h1W
gPb.%^p
public void Play(string audioType) K&Bbjb_|
{ qw?(^uZNW
switch (audioType.ToLower()) y j#*H
{ &$
"J\vm
case ("mp3"): Ff(};$/&W
PlayMp3(); @!u{>!~0
break; .xWaS8f
case ("wav"): '4<o&b^yQ
PlayWav(); Z"%.
break; 4(LLRzzW
} 6h2keyod
} oBo*<6
} (RV#piM
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。 Y0T :%
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。 jC4>%!{m
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! 2xf lRks
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。 At?|[%<`
二、面向对象设计思想 X:$vP'B>
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! DXI4DM"15I
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: U|V,&RlbR
public class MP3 1n[)({OQ
{ e15yDwvB
public void Play() BDvkY
{ #dL,d6a
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); B=L!WGl<!
} $qz{L~ <
} W"\}##
nJ]7vj,rB
public class WAV #UoFU{6tM
{ $wp>2
public void Play() xc 1d[dCdp
{ yRyXlZC
MessageBox.Show("Play the wav file."); F
|BY]{
} N6"sXwm
} ,v
K%e>e&
">CRFee0
Public class MediaPlayer m+;U,[%[*E
{ ;mQ|+|F6X
switch (audioType.ToLower()) } &+]UGv
{ [0y,K{8t
case ("mp3"): $q:l \
MP3 m = new MP3(); jI7 x<=
m.Play(); Os'E7;:1h
break; py:L-5
case ("wav"): RU7+$Z0K
WAV w = new WAV(); XYuX+&XW/
w.Play(); QUn!&55
break; tj~r>SRb+
} H\oxj,+N
} PiM(QR
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。 @I?,!3`jS
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2PyuM=(Wt
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。 v1~l=^4&
public class AudioMedia 6Q7=6
{ e}yF2|0FD
public void Play() 7;q0'_G
{ >^Wpc
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); hRX9Du`$
} dY&v(~&;]
} #X'-/q`.
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)。 pJ}U'*Z2
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(Te^] v#
public abstract class AudioMedia oQ
r.cKD ?
{ 3]?='Qq.(
public abstract void Play(); !AE;s}v)0{
} nc:/GxP
en'[_43
public class MP3:AudioMedia S1^/W-yoc~
{ -c?x5/@3
public override void Play() pP":,8Q{
{ /!5ohQlPJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `)y
;7%-
} yg'CL/P
} ;%2+Tc-7I
k{;?>=FH!
public class WAV:AudioMedia f\cTd/?Ju
{ j1g$LAe
public override void Play() eR5q3E/;G
{ TxK
v!-1
MessageBox.Show("Play the wav file."); iu=Mq|t0
} 0Sd>*nC
} p1niS:}j
98 R/^\
public class MediaPlayer 6/L[`n"G
{ >l)x~Bkf$j
//根据需要完成任务的单向分派 qpe9?`vVX
public void Play(AudioMedia media) 7=fNvES2
{ ==?wG!v2 h
media.Play(); V)~b+D
} u3 LoP_|
} Dz~^AuD6
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)。 Xk%eU>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。 jG`PyIgw
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: |;a$
l(~<
public abstract class VideoMedia Vbp@n
{ !1R?3rVQS
public abstract void Play(); TxQsi"0c
} C<a&]dN/
-!~pa^j
public class RM:VideoMedia ,/p+#|>C=
{ -V2`[k
public override void Play() ,|$1(z*a{c
{ /!Ag/SmS!9
MessageBox.Show("Play the rm file."); 4>d]0=x
} 63\
CE_p
} Bj6%mI42hl
\bF<f02P
public class MPEG:VideoMedia 30I-E._F
{ 6W YVHG
public override void Play() 5#f_1
V
{ mvpcRe
<
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); M<l<n$rYS
} MX#LtCG#V
} Q$p3cepsK
7R5ebMW
V
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。 Qo3Enwap=
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: J0&-UnJ
T-4dD
public interface IMedia X^&--@l}T!
{ u"7!EhX&
void Play(); mBye)q$
} WS4DzuZZ
{l/`m.Z
public abstract class AudioMedia:IMedia WaX!y$/z
{ } @3q;u )
public abstract void Play(); Yevd h<
} j7I?K
:op=
PS!or!m
public abstract class VideoMedia:IMedia t}}Ti$$>
{ +:aNgO#e8
public abstract void Play(); w?*79 u
} Jc]k\U
#:Q\
这样再更改MediaPlayer类的代码: ^u90N>Dvq
public class MediaPlayer /9SoVU8
{ (ruMOKW
public void Play(IMedia media) "ig)7X+Wz|
{ !w/fwOo
media.Play(); ?%ltoezf
} -~J5aG[@~>
} @|w/`!}9q
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 D8*6h)~
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。 qOQ8a:]?
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。 ]d{lS&PRlg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }[c.OJ:
{ p74Nd4U$s
IMedia media = null; &Vpr[S@:{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P%R9\iajH
{ hZo f
case ("mp3"): F4V) 0)G
media = new MP3(); jc!V|w^
break; ;5T}@4m|r
//其它类型略; # Rs5W
case ("rm"): ]TtID4qL
media = new RM(); mL#$8wUdt{
break; 5~[][VV^
//其它类型略; !"E/6z2&(k
} ,|#biT-<T
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); m9c`"!
player.Play(media); sUiO~<Ozpk
} _T805<aUW\
'4M; ;sKW
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 -i91nMi]
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 r1=j$G
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。 /&czaAR-
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。 QWt3KW8)
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"W
public interface IMediaFactory
qf@P9M
{ UbIUc}ge
IMedia CreateMedia(); "So"oT1
} {z;K0
z/WGL
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: 3=Uy t
public class MP3Factory:IMediaFactory Dwr" -
{ v<(+ l)Ln
public IMedia CreateMedia() $n47DW&
{ 1TGE>HG
return new MP3(); yVK l%GO
} _sL;E<)y(
} '|Lv-7
//其它工厂略; !4Sd ^"
)>"Ky
public class RMFactory:IMediaFactory JnqP`kYbTE
{ (WY9EJ<s,
public IMedia CreateMedia() )7#3n(_np
{ s%~Nx3,
return new RM(); *]Cyc<
} Z TB6m`
} | (,{&\
//其它工厂略; hl)jE
06
+^AAik<yl
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 {%&04yq+
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: O@dK^o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X(8LhsP
{ nYvkeT
IMediaFactory factory = null; lh XD9ed
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Dk2Zl
{ S+^hK1jL
//音频媒体 `fG<iBD
case ("mp3"): F8/n;
factory = new MP3Factory(); ]n:R#55A
break; WYcZD_
//视频媒体 m0^~VK |
case ("rm"): "Wb KhE
factory = new RMFactory(); qa8?bNd'f
break; wM-H5\9n
//其他类型略; p=i6~
} ;/IXw>O(/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); J^PFhu
player.Play(factory.CreateMedia()); o>&pj
} D+q z`
G_ ~qk/7mF
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 [' iEw!
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: V;Ln|._/t
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) J?4dafkw
{ 2jkma :$'
IMediaFactory factory = null; R4DfqX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zQu9LN
{ txX>zR*)
case ("mp3"): ?UeV5<TewS
factory = new MP3Factory(); aJ1{9 5ea
break; 3e\IRF xzb
//其他类型略; A
;|P\V
case ("rm"): OekE]`~w
factory = new RMFactory(); @2_E9{ T
break; x7jFYC
//其他类型略; s8';4z
} K;w]sN+I
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y%r>=Jvu6
media.Play(); Jv]$@>#
} N6%L4v8-}X
(_gt!i{h
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 K(Tej W#
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 2)QZYgfh
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 [ThAvQ_$
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: 'coY`B; 8
53bVhPGv
<appSettings> $}us+hGZ
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> hVd_1|/X
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" />
u6MU
@?
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> hyhm{RC?[
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Y&DoA0/y
</appSettings> d%E*P4Ua
Np$ue
}yr
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: 6/"#pe^
private void InitMediaType() ~JS@$ #
{ ]kO|kIs
cbbMediaType.Items.Clear(); |U$ "GI
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }` <DKO/
{ EDF0q i
cbbMediaType.Item.Add(key); ^D ;EbR
} )gAqWbkB
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 0c,!<\B
} ,<s:*
k
wZKmU
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: [N"=rY4G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _({wJ$aYC
{ nFn}
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); >Y|P+Z\7
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); nXjSf
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; s; sr(34
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, TS=U%)Ik
factoryDllName).Unwrap(); 4sC)hAx&f
IMedia media = factory.CreateMedia(); Qx_N,1>S
media.Play(); Q6N?cQtOT
} 152LdZevF
3[ xHY@c
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。 8CH9&N5W5t
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: OgHqF,0MN
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 7d+0'3%
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!