面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) (;(2n;i[M
op61-:q/
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。 =,Z5F`d4
一、传统过程化设计思想 m3=Cg$n
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: iVA=D&eZ
public class MediaPlayer C#P7@ JE
{ 0](V@F"~
private void PlayMp3() [@/s! i @
{ oW3Uyj
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9(hI%idq
} =1zRm >m
>f(M5v(D\
private void PlayWav() R{q<V uN
{ &90pKs
MessageBox.Show("Play the wav file."); *kt%.wPJ
} _C@<*L=Q
pd.5
public void Play(string audioType) S%o6cl =
{ ,soXX_Y>
switch (audioType.ToLower()) K[i&!Z&
{ i: 7cdhz
case ("mp3"): [#+klP$
PlayMp3(); /l;_ xs
break; c"zE
case ("wav"): 0iVeM!bM
PlayWav(); 6k;>:[p
break; g&X
X@I8+v
} )5w# n1
} L6J.^tpO
} ##'uekSJ
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。 Ie4Xk
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。 qm"AatA
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! Xvxj-\ -
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。 6&,9=(:J&R
二、面向对象设计思想 >z k6{kC
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! 7e6;
|?
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: SeBl*V
public class MP3 ,{BF`5bn|
{ oPrK{flm
public void Play() z
9~|Su
{ hlFvm$P`M
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K'b #}N\
} wQ '_, d
} N`+@_.iBX
y(Tb=:
public class WAV m*` W&k[
{ z W*Z
public void Play() X9o6} %Y
{ ij02J`w:Ra
MessageBox.Show("Play the wav file."); nI,-ftMD-|
} _o?[0E
} I04c7cDp
L^??*XEUJ
Public class MediaPlayer Nj+gSa9
{ SlD7 \X&~
switch (audioType.ToLower()) 2(25IYMS8
{ ~-#8j3 J;
case ("mp3"): :F?L,I,K
MP3 m = new MP3(); J@o$V- KK
m.Play(); }=s64O9j
break; 0"koZd,c
case ("wav"): oTk?a!Q
WAV w = new WAV(); 0E/16@6=
w.Play(); =o_zsDv
break; uex([;y
} jGtu>|Gj
} )CG,Udu
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。 \' >d.'d
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) U]
av{}U
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。 #>O+!IH
public class AudioMedia SH;:bLk_
{ FXFyF*w2
public void Play() #NQx(C
{ Gr!@ih^
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); o*:D/"gb
} ;#ElJXS
} mC./,a[
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)。
8RU91H8fE
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: [*^rH:
public abstract class AudioMedia Sj@VOW
{ rz.`$
public abstract void Play(); v6O5n(5,,
} K# BZ Jcb
MbyV_A`r_
public class MP3:AudioMedia `WlQ<QEi
{ I4MZJAYk
public override void Play() dS;Ui]/J
{ .pPtBqp
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0 1:(QJ
} PQ(/1v
} Z2&7HTz
c[;=7-+
public class WAV:AudioMedia :?H1h8wbCt
{ =$WDB=i
public override void Play() K8/I+#j
{ \Vl)q>K_h
MessageBox.Show("Play the wav file."); (?kCo
} A4f;ftB
} >o!5)\F
i?|b:lcV
public class MediaPlayer {|R +|ow
{ Ql?>,FZ
//根据需要完成任务的单向分派 PvVn}i
public void Play(AudioMedia media) eNFZD1mS
{ /[>zFYaQ
media.Play(); E
rnGX#@v
} ms/Q-
} 1'SpJL1u~
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)。 #E@X'jwu
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。 JVh/<A
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: <M M(Z
public abstract class VideoMedia RbJbVFz8C
{ tz_WxOQ0
public abstract void Play(); }Fb966 $
} [OQ+&\
i2n66d
public class RM:VideoMedia LGPg\g`
{ Qd"u$~ qC
public override void Play() UszR. Z
{ #4ii!ev
MessageBox.Show("Play the rm file."); 5c-'m?k
} 4zx_L8#Z
} s]i<D9h
J3AS"+]
public class MPEG:VideoMedia A3zO&4f
]
{ 7K &j
public override void Play() e(Ub7L#
{ 6cbIs_g
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ~:):.5o
} N="H
06t
} D8wZC'7
G,A;`:/
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 6Z68n
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ;Ak 6*Sr
:y(HOUB
public interface IMedia BZ>,Qh!J
{ >}>cJh6
void Play(); YOY{f:ew
} t7b\ #o
a$h
zG-
public abstract class AudioMedia:IMedia ~Is-^k)y
{ rklK=W z
public abstract void Play(); _33YgO
} e?eX9yA7F
qlIbnyP<
public abstract class VideoMedia:IMedia 7="I;
{ TH#5j.uUs
public abstract void Play(); Ikj_
0/%F
} ro*$OLc/
g)#.|d+
这样再更改MediaPlayer类的代码: Y#aHGZ$i
public class MediaPlayer 7T-}oNaJA\
{ 'Z ,T,zW
public void Play(IMedia media) a]8}zSUK
{ Pg/$N5->
media.Play(); |_`wC
} u!K5jqP
} 30nR2mB
Kt
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 #ysSfM6
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 pxi/ ]6pw
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 i>n)T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #ZvDf5A
{ {[Vkht}
IMedia media = null; r2; )VS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,zU7U L^I
{ )k'4]=d
<
case ("mp3"): [_,Gk]F=
media = new MP3(); 8ECBi(
break; (&t8.7O
//其它类型略; %K|+4ZY3
case ("rm"): 0-a[[hL?
media = new RM(); /QK H30E
break; _|%l) KO
//其它类型略; e#jkp'
} U6Ws#e
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); qD/X% `>Q
player.Play(media); )/2J|LxS
} =hse2f
K{#1O=Gi
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 n.\|NR'v
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 JK@"
&
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ??tNMr5{[
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 / %:%la%
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: w`;>+_ E7
public interface IMediaFactory o#ajBOJ
{ V)g{ Ew]:
IMedia CreateMedia(); W
n43TSs-
} 8rwXbYx
x
y~AF|Dk=
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: N)H
_4L
public class MP3Factory:IMediaFactory ;YK{[$F
{ -<GSHckD
public IMedia CreateMedia() =u^{Jvl[
{ $NG|z0
return new MP3(); '7Aj0U(
} o/Cu^[an
} ,\cO>y@
//其它工厂略; 5QoU&Hv
KKLW-V\6K
public class RMFactory:IMediaFactory A_vf3 *q
{ }*ZOD1j
public IMedia CreateMedia() l~v
BA$,
{ xf?6_=
return new RM(); 7<ZCeM2x
} ==z,vxr
} `mfN3Q*[c
//其它工厂略; jdF~0#vH
u(`,7 o "
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。 "ccP,#Y
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: EFYyr f@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @aC2]
{ 1-=zSWmyK
IMediaFactory factory = null; 9J!@,Zsh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~!Q\\_
{ D\H)uV`
//音频媒体 HAi'0%"
case ("mp3"): uWSfr(loX
factory = new MP3Factory(); IO4 8sV }
break; :$#";t|
//视频媒体 X!w&ib-
case ("rm"): R3dCw:\O+Z
factory = new RMFactory(); HP
/@ _qk
break; o|v_+<zD!
//其他类型略; 50S >`qi2x
} BP7&wd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); zeZ}P>C
player.Play(factory.CreateMedia()); > $#v\8
} MJ)aY2
q-;z!iq|!
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 |Ir&C[QS{y
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: N>'T"^S/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) BZP~m=kq
{ e uF@SS
IMediaFactory factory = null; jo-qP4w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?1f(@
{ b\U p(]
case ("mp3"): Q0}Sju+HX
factory = new MP3Factory(); Wn9b</tf
break; +])St3h
//其他类型略; pErre2fS
case ("rm"): t&r-;sH^[
factory = new RMFactory(); 5DHFxym'
break; .mse.$TK.^
//其他类型略; L0Fhjbc
} `;@#yyj:_
IMedia media = factory.CreateMedia(); } h.]sF
media.Play(); Ier0F7]I
} RSNukg
d `z),A=
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。 ?W %9H\;
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。 kc3dWWPe
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。 Uv(THxVh
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: qw!_/Z3[
Sc<%$ Gd
<appSettings> >lo,0oG
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \&&jzU2
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 6NO_S
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> -N')LY
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> m#E%,
rT
</appSettings> e7j30Iy
v Kzq7E
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: Vp;^_,
private void InitMediaType() .,C8ASfh
{ >k6RmN
cbbMediaType.Items.Clear(); wX3x.@!:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }*2q7K2bj
{ _?M71>3$.
cbbMediaType.Item.Add(key); vGK'U*gGD
} YGBVGpE9
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; MLL4nkO,`
} )"im|9
IAD_Tck
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 8+Y+\XZG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) k{/2vV[`]
{ : -@o3Syg
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); p/|":(U
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); \X5>HPB
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ]%yph3C
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, dF$Fd{\4^
factoryDllName).Unwrap(); 0ciPH:V
IMedia media = factory.CreateMedia(); lNcXBtwK@#
media.Play(); sLE@Cm]k
} k_rtsN
"#T3l^@
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。 A$K>:Tt>
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"dWi(
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 qB`zyd8yu
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!