面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) $)3/N&GXR
.;'xm_Gw<
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 uw]Jm"=w
一、传统过程化设计思想 ryN-d%t?
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: /Q-!><riD
public class MediaPlayer PLD!BD
{ )8;'fE[p}
private void PlayMp3() bHCd|4e,2
{ c1i7Rc{q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (c"!0v
} IF=rD-x
N@g+51ye
private void PlayWav() l-&f81W
{ -nW-I\d%
MessageBox.Show("Play the wav file."); i!NGX
} (ZYOm
@cON"(
public void Play(string audioType) \xt!b^d0
{ LBg#KQ@
switch (audioType.ToLower()) )lbF'.i
{ pmC@ fB
case ("mp3"): vd~O:=)4
PlayMp3(); WKG=d]5
break; -}%zus5
case ("wav"): E]
[DVY
PlayWav(); bpkn[K"(
break; 99 ["I:
} UxW~yk
} 7?Fl [FW$
} ;.Kzc3yz}
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。
[7bY(
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。 W6pS.}
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! jV(ISD
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。 B~^\jRd"
二、面向对象设计思想 ^JTfRZ:a
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! ?@~FT1"6G
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: f*Kipgp
public class MP3 {1o=/&
{ gVGq
public void Play() X_h+\
7N>
{ HBt?cA '
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &5B+8>
} Y !`H_Qo
} ;j$84o{
*q^'%'
public class WAV !MbRI
{ G
5)?!
public void Play() _?{2{^v
{ 6c2fqAF>i
MessageBox.Show("Play the wav file."); F?UL0Q|u v
} \1tce`+
} !%Ak15o
IflpM ]
Public class MediaPlayer /fX]Yu
{ k=LY 6
switch (audioType.ToLower()) HwDb &pP"
{ +G?3j ,a\
case ("mp3"): )T>a|.
MP3 m = new MP3(); 3}"VUS0wh
m.Play(); <Sz9: hg-
break; h.67]U7m
case ("wav"): 4EOu)#
WAV w = new WAV(); k2xjcrg
w.Play(); _%t w#cM
break; `q F:rQ
} *@O;IiSE
} 9qw~]W~Nm
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ^!A{ 4NV
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) }Iu 6]?|'
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 "$WZd
public class AudioMedia G",+jR]
{ "MyYu}AD
public void Play() "DUL} "5T
{ 3,pRmdC
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); I!bG7;=_
} m8FKr/Z-
} L|c01
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)。 mk[n3oE1
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: 77)C`]0(
public abstract class AudioMedia $hA[vi\5
{ .9`.\v6R
public abstract void Play(); 0py0zE6,,
} Sna7r~j
_3)~{dQ+
public class MP3:AudioMedia g
>X!Q
{ F.JE$)B2EX
public override void Play() U7{,
*
{ >:Rc%ILym
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); NWTsL OIm
} #KiRH* giU
} wt-)5f'{
U2G\GU1 X
public class WAV:AudioMedia `AYHCn
{ HIF.;ImG^
public override void Play() oqG
0 @@
{ <}|+2f233+
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZVI.s U
} PyIIdTm
} 3uN;*f
CA{c-kG
public class MediaPlayer T,k`WR
{ q'PA2a:
//根据需要完成任务的单向分派 w@hm>6j
public void Play(AudioMedia media) vh((HS-)
{ K !`t EW[
media.Play(); :[,n`0lH
} Cfa?LgSz
} KpSHf9!&[
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)。 Y@Ty_j~
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。 U*)pUJ{&t
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: N'TL &]
public abstract class VideoMedia 2LXy$[)7
{ ny{|{a
public abstract void Play(); VNF@)!l
} uZi]$/ic
S?;&vs9j
public class RM:VideoMedia E{h
{ e;,D!
public override void Play() {D$#m
{ ,LG6py&aT
MessageBox.Show("Play the rm file."); !MoGdI-<r[
} gR%fv
} 5r@x$* >e
"(/.3`g
public class MPEG:VideoMedia @ 3FTf"#Y
{ ![ Fb~Egc
public override void Play() 7?e*b(vd
{ vWwp'q
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); e;!si>N
} L=
hPu#&/
} /z`LB
GJU84Xn7
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。 ,LX]
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: =fEn h'KE
:4/RB%)"
public interface IMedia [.dF)I3
{ a*!wiTGf
void Play(); d XrLeoK
} "\Z.YZUa\
+wr2TT~
public abstract class AudioMedia:IMedia (m25ZhW
{ G-xW&wC-
public abstract void Play(); YrFB~z.V
} *e!0ZB3J
^ola5w D
public abstract class VideoMedia:IMedia P;{f+I|`
{ )mS
Aog<
public abstract void Play(); *ax$R6a#X
} &+Xj%x.]
_|`S9Nms
这样再更改MediaPlayer类的代码: W/L~&.'
public class MediaPlayer <Zl}u:(w
{ pq*W;6(-
public void Play(IMedia media) N!{('po
{ gYw4YP0Gz
media.Play(); z`y!C3w<
} FTsvPLIv"
} :[?hU}9
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 a)/!ifJ;
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 QJjqtOf>
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 h%9#~gJ})
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ZG"_M@S.
{ +"'cSAK
IMedia media = null; |1uyJ?%B
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?vp'
/l"
{ QJ\
o"c
case ("mp3"): mbK$_HvU
media = new MP3(); ?I6 !m~
break; \ym3YwP4/:
//其它类型略; &;DK^ta*P
case ("rm"): jTH,GF
media = new RM(); v=R=K
break; _ ?]bd-E
//其它类型略; pqmtN*zV
} |VQ17*4ff1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); xy5&}_Y
player.Play(media); gi#bU
} +`>Tuz~
~7IXJeon
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 "AMbU68
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。 _o`+c wc
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。 ?A+-k4l
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。 yY_Zq\
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: Btp 9v<"
public interface IMediaFactory JvX]^t/}
{ .zZee,kM
IMedia CreateMedia(); s]@()?.E$
} b"DaLwKkz
Zn0e#n
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: F !g>fIg
public class MP3Factory:IMediaFactory o'O;69D]tX
{ LVP2jTz
public IMedia CreateMedia() 38#BINhBt
{ wc`UcGO
return new MP3(); nLicog)!I
} F!(Vg
} H0r@dn
//其它工厂略; I7,5ID4pn
R~
n[g
public class RMFactory:IMediaFactory P'MfuTtT&
{ )_BQ@5NK
public IMedia CreateMedia() f9ux+XQk9
{ lLhvpvT
return new RM(); ;+jz=9Q-
} jkTC/9AE|
} v"ZNS
//其它工厂略; nI]8w6eCV
0vR
gmn
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。 }@6ws/5
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: "sh*,K5x|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AtU%S9
{ :+#$=4
IMediaFactory factory = null; q(xr5iuP_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) HueGARS
{ ;+C2P@M
//音频媒体 |I \&r[J
case ("mp3"): 5argw+2s4$
factory = new MP3Factory(); tZ\e:AAi
break; 2[}
O:
//视频媒体 _[F (8Qx"
case ("rm"): %]G'u
factory = new RMFactory(); -@bOFClE
break; -4wr)zjfW
//其他类型略; s R/z)U_
} V9`?s0nn^
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ./5LV)_`
player.Play(factory.CreateMedia()); M18> %zM
} `st3iTLZY
%[S-"k
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。 WAq!_xE
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: [h&)h+xt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^cRAtoa
{ oD<aWZ"Z
IMediaFactory factory = null; "qh~wK J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {0L.,T~g+[
{ F-R5Ib-F*A
case ("mp3"): m4\e`nl
factory = new MP3Factory(); D*=.;Rq
break; yK+1C68A
//其他类型略; eYtP396C|
case ("rm"): <cm(QNdcC
factory = new RMFactory(); GY`mF1b
break; ~cr##Ff5
//其他类型略; iy!SqC
} E)>.2{]C>
IMedia media = factory.CreateMedia(); okm
}%#|
media.Play(); O}s Mqh
} ^O6eFD U
Hnft1
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。 VEsIhjQ
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。 S$N!Dj@e;
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 Fv_B(a
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: !}lCwV
)B*D\9\Z
<appSettings> MoZ8A6e?B
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> QJ\+u
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> qt{lZ_$
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> iWGn4p'
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> o[^nmHrM2
</appSettings> ~V t?'v20@
:%[mc-6.
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: /6y9u}
private void InitMediaType() F:7d}Jx
{ 43.Q);4
cbbMediaType.Items.Clear(); ^V}c8 P|
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ]A=yj@o$xN
{ Y;)l
cbbMediaType.Item.Add(key); P+L#p(K
} :X*$U
~aQ
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; N?EeT}m _
} utu
V'5GD
FW"n+7T
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Nn#;Kjul.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <EKTFHJ!
{ V1#:[o63+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); N&yr?b'!-*
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); m)l'i!Y
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; :y.~IQN
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, prEI9/d"
factoryDllName).Unwrap(); ;,lFocGv
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y{d-k1?s5
media.Play(); "l 8YD&q
} w2H^q3*
icK$W2<8mg
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。 =4[
U<opP
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: Hk
f<.U
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 3ytlD '
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!