面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 7A46?kfu
xZp`Ke!
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。 7G9o%!D5
一、传统过程化设计思想 o]m56
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: BV6
U -
public class MediaPlayer F+::UWKA
{ E/uKzzD9
private void PlayMp3() aXyg`CDv
{ +@#k<.yqn
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
Mgc|># =
} :y(HOUB
Dv-ubki
private void PlayWav() P>;u S
{ 4dUr8]BkG
MessageBox.Show("Play the wav file."); vm`\0VGSW
} E>w|i
v#Y9O6g]T
public void Play(string audioType) r`!S*zK
{ ,P$Crs[
switch (audioType.ToLower()) lr&O@
5"oy
{ `~ {0
case ("mp3"): L*Q#!_K0P
PlayMp3(); * 2s(TW
break; *OMW" NZ;
case ("wav"): 1[H1l;
PlayWav(); e?eX9yA7F
break; j#JE4(&
} tCirdwmg
} DF~{i{
} Y lEV@
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `KzNBH,W
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 C9}m-N
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! \A/??8cgXs
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 e8$OV4X
二、面向对象设计思想 D}7G|gX1
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! +hKH\]
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: l?swW+x\
public class MP3 O5 ?3nYHa
{ !:w&eFC6
public void Play() PR*qyELu
{ |!?`KO{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y"Y+U`Qt
} Yeb-u+23
} 9Z;"9$+M
aO>Nev
public class WAV !ie'}|c
{ e-/+e64Q@
public void Play() #ysSfM6
{ /\|AHM
MessageBox.Show("Play the wav file."); e x`mu E
} >ISN2Kn
} >;zQ.2*
`#w`-
Public class MediaPlayer g$$j:U*-
{ {[Vkht}
switch (audioType.ToLower()) +
c"$-Jr
{ }_"<2|~_
case ("mp3"): lVc':,z
MP3 m = new MP3(); 0R[onPU_vZ
m.Play(); )k'4]=d
<
break; IL2OVL X
case ("wav"): gg%9EJpP
WAV w = new WAV(); 'Xw>?[BB
w.Play(); sQ8_j
break; (&t8.7O
} ]@bu%_s"
} @-F[3`HeA
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ?v$kq}Rg
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ~G*eJc0S:
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。 /QK H30E
public class AudioMedia \" W_\&X
{ Q]oCzSi
public void Play() Oe:_B/l
{ f))'8
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); C.}Vm};M
} }|!9aojr
} ( [m[<
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)。 )/2J|LxS
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: Fi!XaO
public abstract class AudioMedia lf%Ju$H
{ /6Vn WrN_
public abstract void Play(); js<}>wD7<
} i4 Vv6Sx1
%~A$cc
public class MP3:AudioMedia a]mPc^h
{
;'g.%
public override void Play() (D5.NB%@
{ _pS!sY~d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7y2-8eL
} (<:mCPk(~
} k%S;N{Qh@
K4>nBvZ?v
public class WAV:AudioMedia >4N=P0=
{ o$FYCz n
public override void Play() E5U{.45
{ )@OKL0t
MessageBox.Show("Play the wav file."); 'z.:
e+Q_
} =$t
} :i>/aRNh1
t<QSp6n""
public class MediaPlayer G8E=E<Yg~
{ r=o\!sh[
//根据需要完成任务的单向分派 FaUc"J
public void Play(AudioMedia media) :0)nL
{ ;x=r.3OQy
media.Play(); }qhNz0*
} 1FQ_`wF4
} "Yu';&
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)。 NEG&zf
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。 CF?TW
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: ,*Z:a4
public abstract class VideoMedia g9F4nExo
{ V\(p6:1(6K
public abstract void Play(); Wk"\aoX"E
}
[C TR8
OY>0qj
public class RM:VideoMedia 'K0=FPB/@
{ UPI'O %
public override void Play() hz8Z)xjJ V
{ V.k2t$@
MessageBox.Show("Play the rm file."); XK 09x1r
} z8"(Yy7m
} 9?xc3F2EBD
\X?GzQkr
public class MPEG:VideoMedia ^.f`6 6/
{ yF#:*Vz>
public override void Play() O]nZr
{ 6+;B2;*3
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); JG=U@I]
} h+rrmC
} e%O]U:Z
j;+!BKWy4
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Ea7LPHE#
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 4xE [S
STxreW1
public interface IMedia (Z72 3)
{ AX= 4{b'
void Play(); TT0~41&l
} 1-=zSWmyK
edW:(19}
public abstract class AudioMedia:IMedia Z}
8m]I
{ 0f<$S$~h
public abstract void Play(); ee=d*)
} ^:c"%<"='
[$D4U@mRp
public abstract class VideoMedia:IMedia uWSfr(loX
{ %?7j
Q
public abstract void Play(); Apfs&{Uy
} oNfNe^/T
dGrm1w
这样再更改MediaPlayer类的代码: l]GUQcN=
public class MediaPlayer FLI0C
{ ~e)`D nJ
public void Play(IMedia media) 50S >`qi2x
{ {U,q!<@mq
media.Play(); 5l&9BS&
} 4X5Tyv(Dp
} EZ.|6oug\
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Yc*Ex-s
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。 3]X~bQAw
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。 ?oc#$fcQ~
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t*&O*T+fgy
{ >**7ck
IMedia media = null; A+N%A]2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #!WD1a?L
{ Z\`i~
case ("mp3"): m'Thm{Y,?n
media = new MP3(); =nmvG%.hd
break; j/FFxlFNL
//其它类型略; ;DkX"X+
case ("rm"): KH<f=?b
media = new RM(); j;|rI`67~
break; "[*W=6m0
//其它类型略; z}" Xt=G?
} &mM[q'V
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ~S],)E1w
player.Play(media); k365.nc
} \*C}[D
$
+`
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Xiyh3/%yy
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。 jE!W&0
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。 Q+O3Wgjy
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。 !H5r+%Oo|
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: Y-.pslg
public interface IMediaFactory A7;|~??
{ FTihxC?.L
IMedia CreateMedia(); jM E==)Y
} },2mIit(
} h.]sF
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: fh1rmet&Ts
public class MP3Factory:IMediaFactory B^z3u=ll
{ d0`5zd@S
public IMedia CreateMedia() pm*6&,
{ +{$NN
return new MP3(); d `z),A=
} O=HT3gp&
} BtSl%(w
//其它工厂略; c&+p{hH+
9Okb)K95
public class RMFactory:IMediaFactory QzwA*\G
{ ~olta\|
public IMedia CreateMedia() <V}^c/c!
{ s4$Z.xwr
return new RM(); *uLlf'qU]
} oM=Ltxv}
} xJvM
l`2;
//其它工厂略; 2VNMz[W'
v$O%U[e<
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 M-Az2x;6
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: <fJ*{$[p
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $_6DvJ0
{ =)B@ `"
IMediaFactory factory = null; 3MR4yw5v
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8H>: C(h
{ _pXy}D
//音频媒体 Z|FWQ8gZ4m
case ("mp3"): 8TK&i,
factory = new MP3Factory(); u |hT1l
break; ^_5Nh^
//视频媒体 .,C8ASfh
case ("rm"): }}";)}C`
factory = new RMFactory(); PKT/U^2X]
break; (W7cQ>
//其他类型略; A.!V*1h{
} ![wV}.}
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z;dD
}Fo
player.Play(factory.CreateMedia()); #1:&uC1vj
} CvwC| AW
uZe|%xK$y
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。 yW&|ZJF?
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: A;t6duBDf/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Y5}<7s\UDO
{ ( aGwe@AS
IMediaFactory factory = null; 1!@KRV
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Zd/ACZ[
{ cG|ihG5)
case ("mp3"): 8+Y+\XZG
factory = new MP3Factory(); .[v4'ww^
break; ,8KD-" l^g
//其他类型略; 0L
"+,
case ("rm"): tN'-4<+
factory = new RMFactory(); R"S,&
break; ~aK@M4
//其他类型略; A9_)}
} 3Z* '
IMedia media = factory.CreateMedia(); NR8YVO)5$
media.Play(); TSQ/{=r
} pPUv8, %
HWFI6N
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。 w6k\po=
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。 {iGk~qN
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。 niZ/yW{w
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: ncEOz1u
QU/Q5k
<appSettings> k%iZ..
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> C:77~f-+rQ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 9/rX%
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> #>m#i1Nu
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> w<?v78sT
</appSettings> Hq.ys> _
26fbBt8nP
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: r Bv
private void InitMediaType() S!0ocS!t
{ >&K1+FSmyJ
cbbMediaType.Items.Clear(); x)M=_u2 _
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 2k,!P6fgl
{ Mf0XQ3n`H
cbbMediaType.Item.Add(key); )q?z"F|
} c;w%R8z
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ~ {sRK
} %m:T?![XO
\de824
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: JzA`*X[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xm@vx}O:
{ /n=
%# {
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); iyw"|+
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 4%Q8>mEvT
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; {/]Ks8`Dm
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, v3w5+F
factoryDllName).Unwrap(); -lM4 *+f
IMedia media = factory.CreateMedia(); {'W\~GnZ
media.Play(); *@J
} \29a@ 6
=]h 5RC
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。 6Sh0%Fs
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: &j}\ZD
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 M6E.!Cs
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!