面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) l.BNe)1!22
B_S3}g<~
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。 6yb<4@LOb
一、传统过程化设计思想 3XRG"
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: */)gk=x8
public class MediaPlayer U`Zn*O~/
{ q~3&f
private void PlayMp3() R<=t{vTJ5
{ QZlUUj\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6D0,ME#
} 4!jHZ<2Z
($s{em4L
private void PlayWav() }dz(DPd
{ ;W].j%]Le
MessageBox.Show("Play the wav file."); H]e 2d|
} \a!<^|C&
|#wz)=mD
public void Play(string audioType) 0 Yp;?p^
{ {>Px.%[<
switch (audioType.ToLower()) 5*AKl< Jl
{ sn(}5;
case ("mp3"): `9-Zg??8r
PlayMp3(); J$;)TI
break; }>w4!
case ("wav"): (
~>Q2DS
PlayWav();
T!PX?
break; msylb~ ^
} wu')Q/v
} d%hA~E1rR
} 3fPv71NVtt
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。 A=K1T]o
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。 #"_MY-
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! i1
&'Zh
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。 N,|oV|i
二、面向对象设计思想 U4gwxK
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! Fn,|J[sC
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: GLyh1qNX
public class MP3 ]_?y[@ZP
{ m!_ghD{5h
public void Play() W=?87PkJu
{ keOW{:^i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C)w*aU,(
} ,whNh
} mxGN[%ve
,)1e+EnV&
public class WAV 1*h7L<#|mQ
{
6qlr+f
public void Play() "puz-W'n
{ R{_IrYk
MessageBox.Show("Play the wav file."); R{vPn8X6g
} 8H?AL
RG
} &/9oi_r%r
t^hkGYj!2
Public class MediaPlayer SfUUo9R(sm
{ 3iw9jhK!W
switch (audioType.ToLower()) j&.BbcE45
{ Oe`t!&v
case ("mp3"): =*jcO119L
MP3 m = new MP3(); v=VmiBq[
m.Play(); b`zf&Mn
break; }c%y0)fL
case ("wav"): ?C35
WAV w = new WAV(); ?M^t4nj
w.Play(); "Ycd$`{Vgt
break; <h9\ A&
} *.g?y6d
} EB<q.
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 m{c#cR
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) -::%9D}P|
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 G>QTPXcD
public class AudioMedia sfE8b/Z8
{ HU9y{H
public void Play() c ?XUb[
{ .Er/t"Qs;
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); '.,.F0{x
} 8
-A7
} VsEAo
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 u(702S4
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: +_P
2S
public abstract class AudioMedia :g#it@
{ Z;D3lbqE
public abstract void Play(); S8m&Rj3O&
} "~C#DZwt{
D5u"4\g<&
public class MP3:AudioMedia #Ca's'j&f
{ (}1f]$V
public override void Play() VAGMI+ -
{ 4tJ4X' U
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0!`7kZrN
} rJp6d :M
} ]bb}[#AY
/g'-*:a
public class WAV:AudioMedia <z2mNq
{ F*VMS
public override void Play() +Q31K7G r
{ y$o=\:
MessageBox.Show("Play the wav file."); +z0}{,HX
} :
"te-
}
"B3:m-'
f*{;\n(.t
public class MediaPlayer Ba|}C(Ws?
{ i0Q
_f!j
//根据需要完成任务的单向分派 Eu.qA9,@U
public void Play(AudioMedia media) sA-W^*+
{ _x6E_i-(
media.Play(); q-
(NZno
} 3Lki7QW`
} Lo E(W|nj
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 <Cu?$
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。 e-3pg?M
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: O&iYGREO
public abstract class VideoMedia tkqBCKpDa
{ ZM`P~N1?)g
public abstract void Play(); a9zph2o-
} h\*rv5\M
%L>nXj
public class RM:VideoMedia ~PW}sN6ppG
{ iCRw}[[
public override void Play() '8kjTf#g<l
{ |!5T+H{Sj
MessageBox.Show("Play the rm file."); 9w;J7jgOT!
} :;q_f+U
} 1[g!^5W
Fi%W\Y'
public class MPEG:VideoMedia gzCMJ<3!D
{
I S8nvx\
public override void Play() u;ooDIq@
{ F%Umau*1
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); =z1o}ga=EA
} wx%nTf/Oa
} ^@lg5d3F
f\_!N
"HW
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。 [j]J_S9jJ
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: ec4%Wk2
]!G>8Rc
public interface IMedia bSR+yr'?
{ _JJKbi
void Play(); emY5xZ@N
} vs)I pV(
GL =XiBt
public abstract class AudioMedia:IMedia s8Ry}{
{ m2q;^o:J
public abstract void Play(); o / g+Z
} D4O5@KfL
aU<D$I
public abstract class VideoMedia:IMedia *8X9lv.Z
{ qvU$9cTY
public abstract void Play();
G<-9U}~76
} ?Ga2K
vs])%l%t
这样再更改MediaPlayer类的代码: <Z:8~:@
public class MediaPlayer pebx#}]p-
{ -C-OG}XjI
public void Play(IMedia media) 9#T%bB"J
{ ?V)C9@bp
media.Play(); 1;:t~Y
} P[I*%
} d?&!y]RS#
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 =#Cf5s6qt
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 h3]@M$Y[
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。 fZV8o$V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7|M $W(P
{ Z:lB:U'o
IMedia media = null; xe gL!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !E{GcK
{ [zTYiNa
case ("mp3"): PMN2VzE4{
media = new MP3(); Ns|V7|n]
break; u->@|tEq
//其它类型略; E7NbPNd
case ("rm"): O`[iz/7m
media = new RM(); yEpN,A
break; $mI:Im`s
//其它类型略; ?F87C[o
} Y =g>r]2
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Ih-3t*L
player.Play(media); &. =}g]
} Z"n'/S:q
"gbnLKs
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 q?Ku}eID3
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 UC+7-y,
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 le^_6|ek
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 > 0Twr
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: BsK|:MM]
public interface IMediaFactory aFr!PQp4{
{ vpeBQ=2\
IMedia CreateMedia(); 6a%:zgkOpu
} -_EY$?4
[Zt#
c C+
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: >^H'ZYzw
public class MP3Factory:IMediaFactory Cb
)= n6
{ hVipr hC
public IMedia CreateMedia() =|gJb|?w
{ s
la*3~?*
return new MP3(); ])QO%
} )+w/\~@
} WpJD=C%
//其它工厂略; +Y5(hjE
R?bn,T>
public class RMFactory:IMediaFactory GcZM+ c
{ iz9\D*or
public IMedia CreateMedia() }c35FM,
{ _z<Y#mik
return new RM(); UVT>7
} $(KIB82&
} M2;%1^
//其它工厂略; Esz1uty
2;%#C!TG;
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 `CAG8D
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: y|e2j&m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) rb *C-NutE
{ dXhCyr%"6
IMediaFactory factory = null; @~$F;M=.*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c_qcb7<~.
{ --
i&"
//音频媒体 9raHSzK@d
case ("mp3"): q ab)
1ft
factory = new MP3Factory(); VBbUl|X\
break; %="~\1y
//视频媒体 u>,lf\Fgz
case ("rm"): XN~#gm#
factory = new RMFactory(); g{A3W) [ b
break; dysX
//其他类型略; DOF?(:8Y
} Z]x5!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :kME
player.Play(factory.CreateMedia()); Y)Znb;`?a
} ){O1&|z-
HUU >hq9
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。 Kf05<J!
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: zdLVxL>87
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) I;kf
#nvao
{ UM4@H1
IMediaFactory factory = null; .8T\Nr\~2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IwTr'}XIw
{ gro7*<
case ("mp3"): rPiiC/T.`
factory = new MP3Factory(); ~@[(N]=q
break; '?{0z!!
//其他类型略; /,1SE(
case ("rm"): }.fL$,7a
factory = new RMFactory(); U;x1}eFT
break; B#HnPUUK
//其他类型略; $kxu;I
} pG,<_N@P
IMedia media = factory.CreateMedia(); ",~ b2]ym
media.Play(); kF(Ce{;z
} K,x$c %
}iPo8Ra
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。 PoYr:=S?
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。 QO5OnYh
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。 ; @7
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: eZ!yPdgy|
f![xn2T
<appSettings> V.K70)]
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ZhGh{D[,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Nl~Z,hT$*
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 9USrgY6_
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Rz.i/wg}
</appSettings> :0M'=~[
Ff[H>Lp~
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: u{g]gA8s
private void InitMediaType() ?JuX~{{.L
{ ~8jThi
U
cbbMediaType.Items.Clear(); **T:eI+
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) "[awmZ:wo
{ 'fS?xDs-v
cbbMediaType.Item.Add(key); JZ %`%rA
} v\fzO#vj
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; gXq!a|eH
} "%:7j!#X|I
E=;BI">.
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Xy[}G p
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z -pyFK\
{ Qe2m8
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); tegOT]|
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); c *.G]nRc
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; D",A$(lG
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, AU0$A403
factoryDllName).Unwrap(); ow-+>Y[qZ
IMedia media = factory.CreateMedia(); Ezi' 2Sc
media.Play(); P-[fHCg~
} (YAI,Xnw
jZa25Z00
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。 OF-E6b c
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: X"kXNKV/n
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 `ifb<T
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!