面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <Q3oT
|v`AA?@{8
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。 \MsTB|Z
一、传统过程化设计思想 {'NZ.
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: Ar%%}Gx/
public class MediaPlayer /@wg>&L]
{ DjCqh-&L
private void PlayMp3() A^nvp!_
{ t=(!\:[D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); cpe+XvBuK
} Mz9r5
~xbe~$$Q@
private void PlayWav() %d1,a$*3}
{ :iK(JE`
MessageBox.Show("Play the wav file."); Bgn&:T8<
} ,MdV;j~"'
y_'Ub{w
public void Play(string audioType) LSm$dK
{ &D>G8
switch (audioType.ToLower()) Nu0C;B66
{ [8P:?nDDL
case ("mp3"): |+"<wEKI
PlayMp3(); niiA7Ux
break; ySk R>y
case ("wav"): -0d0t!
PlayWav(); QMA%$
break; o906/5M
} bH-ub2@qO
} }HL]yDO
} 9"@\s$
OBk
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。 e2L0VXbb
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。 6}Vf\j~
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! 9
3U_tQ&1?
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。 nxY\|@
二、面向对象设计思想 u9:`4b
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! *]. 7dec/
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: sW Qfr$^A
public class MP3 Bp*K]3_
{ &Q9qq~
public void Play() Z_PNI#h*
{ bADnW4N`6;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8J*"%C$qe
} 9V'%<pk''(
} Eou~P h*t
CWf /H)~
public class WAV a[v0%W ]u
{ 5uGqX"
public void Play() ZWii)0'PV
{ t#yk->,
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^aIPN5CK
} qBU-~"2t
} ~{?_p@&n
/Y*WBTV'
Public class MediaPlayer 7@#>bE6
{ 4]rnY~
switch (audioType.ToLower()) pny11C
{ _geWE0
E
case ("mp3"): #m lS}~n
MP3 m = new MP3(); x"eRJii?
m.Play(); Xk:OL,c
break; _G_Cj{w
case ("wav"): BoA/6FRi[
WAV w = new WAV(); R7]l{2V#^
w.Play(); TSA,WP\
break; =31"fS@
} {.n"Z
} +~St !QV%
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。 2:*w~|6>}5
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) [l:x'_y
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。 ImCe K
public class AudioMedia h-g+g#*
{ 2^XGGB0
public void Play()
7;u
e
{ fTzvmC:g7
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Pl(Q,e7O]
} z^KJ*E
} qsL)}sC^8
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)。 "-y-iJ
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: X#d~zk[r2
public abstract class AudioMedia R= a|Blp
{ <DpevoF
public abstract void Play(); hS_6
} D@C-5rmq
,"2s` YC
public class MP3:AudioMedia U!T~!C^
{ eeIhed9
public override void Play() VzBqjE_
{ ,l%CX.9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); c _\YBe]wJ
} <m:m &I
8@
} 7}1~%:6
]I-Z]m"
public class WAV:AudioMedia Rn#KfI:{
{ soPLA68
public override void Play() g$n7CXoT
{ ^F>cp
,x
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2<li7c59
} @HT% n
} aF8fqu\
jNu9KlN
public class MediaPlayer Yj%U
>),8
{ z
MLK7+
//根据需要完成任务的单向分派 b6W2^tr-
public void Play(AudioMedia media) Y_}mYvJW
{ uB |Ss
media.Play(); `/_o!(Z`
} r/& sub"X
} $Vsk Ew"|M
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 n 9\
C2r
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 tc_286'x
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: D@G\7KH@
public abstract class VideoMedia W8Q|$ZJ88F
{ iM2W]
public abstract void Play(); .e3NnOzyxS
} %R1 tJ( /
L Y6;.d$J
public class RM:VideoMedia XXbqQhf
{ A01AlK_B
public override void Play() C?ulj9=Z
{ Z:ni$7<.
MessageBox.Show("Play the rm file."); #G|qD
} 7:Ax(El
} ^?$WVB
0 - ><q
public class MPEG:VideoMedia pkP?i5,
{ :!/gk8F|dI
public override void Play() m7&O9?X
{ FSU ttg"
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); qs|mj}?
} .7zK@6i
} OF%B[h&
CQZgMY1{
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。 Mmj;'iYOwF
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: Y^36>1.:
v4?x.I
public interface IMedia Jwj%_<
{ np%\&CVhN
void Play(); aqYa{hXio
} fKp#\tCc y
6`!Fv-
public abstract class AudioMedia:IMedia 9k9_mjLZ
{ c;{Q,"9U
public abstract void Play(); yvgrIdEP
} QF-LU
UUF;p2{f
public abstract class VideoMedia:IMedia 3VI4X
{ Q
s.pGi0W
public abstract void Play(); pX/n)q[
} zR
`EU,
@lCJ G!u
这样再更改MediaPlayer类的代码: 7~&/_3
public class MediaPlayer !l_lo`)
{ o]Ol8I
public void Play(IMedia media) D,;\o7V
{ MepuIh
media.Play(); !icT/5
} {*[\'!d--.
} 'D6T8B4
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ]V-W~r=
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。 ^F2b
hXE
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。 xBUya4w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) HODz*pI
{ o[v\|Q`d
IMedia media = null; Z-8Yd6 4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?9 ! Z<H
{ \
W?R
case ("mp3"): v.Q(v\KV5
media = new MP3(); ZeUvyIG
break; '7D,m
H
//其它类型略; 4%2~Wi8
case ("rm"): {n/uh0>f*
media = new RM(); ;l&4V
break; I/M _p^
//其它类型略; 61/.K_%I.
} LVc4CE
f
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 7@Zx@
player.Play(media); #mZpeB~
} CqHK %M
^Y u6w\QM
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nt;haeJ
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。 S{FROC~1R
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。 %YSpCI
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。 #Y0-BYa^
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: %uJ<M-@r=u
public interface IMediaFactory %)[+%57{
{ Jg]'+>,J
IMedia CreateMedia(); (Fynok
} QU%I43
YX=2jI
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: cC o`~7rE
public class MP3Factory:IMediaFactory +j(d| L\
{ /CuXa%Ci^
public IMedia CreateMedia() T<JwD[(
{ 1rKlZsZ#*
return new MP3(); ymegr(9&K
} 4J;-Dq
} zG' "9kJx
//其它工厂略; r|PFw6
/&CmO>^e
public class RMFactory:IMediaFactory /"
${$b{
{ 1x@qkL6
public IMedia CreateMedia() 1z&Ly3
{ cTD!B% x
return new RM(); uC8L\UXk
} Q:|l`*.R
} K=C!b?
//其它工厂略; GwG4LIp
'"?C4mbSl
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。 '"<6.,Ae
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: =Zu^8 0/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V[}4L|ad
{ >N;F8v
IMediaFactory factory = null; O(tX8P
Q5N
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) }tH[[4tw,
{ L KCb_9
//音频媒体 U\veOQ;mW
case ("mp3"): rsF\JQk
factory = new MP3Factory(); J4"mK1N(
break; ZunCKc
//视频媒体 VtzI9CD
case ("rm"): Y4cYZS47
factory = new RMFactory(); 1"pI^Ddt
break; |\n@3cIK
//其他类型略; sf OHl
} ] GHt"
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); $we]91(::
player.Play(factory.CreateMedia()); GK9/D|h4
} %]gn?`O
:N<.?%Kf
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。 ?gO8kPg/D
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: t^xTFn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) z-@=+4~
{ `6[I^qG".
IMediaFactory factory = null; ^ K7ic,{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eVt$7d?Jw
{ aWwPvd3
case ("mp3"): _bzqd"
31I
factory = new MP3Factory(); a@@M+9Q
break; 21ppSN>
//其他类型略; }w/;){gu
case ("rm"): Iq# ZhAk
factory = new RMFactory(); h)6GaJ=
break; *\wp?s>-t
//其他类型略; ZxG}ViS4I
} '8fk+>M
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9%iUG(DC
media.Play(); WYIQE$SEv
} ed!:/+3e/
zF@o2<cD@
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。 &O)&k
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。 ?9HhG?_x
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。 +vNZW@_$D
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ari7 iF~j
yMZHUd
<appSettings> Ja]?&j
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Z1ALq5
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ui"3ak+F
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ;Og&FFs'
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 0x11
vr!
</appSettings> >Jw6l0z
rrnNn'
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: :qR=>n=
private void InitMediaType() ]Ni;w]KE
{ &SAH2xR
cbbMediaType.Items.Clear(); c(U
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) *d(SI<j
{ @v}B6j b;
cbbMediaType.Item.Add(key); t ?h kL
} FVB;\'/
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; fQ'.8'>T
} 0l=+$&D
)-Ej5'iHr
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: X53mzs
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4"@GNk~e
{ 'JZJFE7Z
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); O1D6^3w
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); h6%[q x<
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ?sBh=Ds
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, N7%TYs
factoryDllName).Unwrap(); v!42DA)
IMedia media = factory.CreateMedia(); ckjrk
media.Play(); 7l."b$U4yv
} !ph" mf$-
(>=7ng^
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。 tu>{
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: iB1i/l
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 RGIoI]_
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!