面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) }~RH!Q1
{s=$.Kg
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。 L@{5:#-
一、传统过程化设计思想 YbrsXp"
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: qeyBZ8BG
public class MediaPlayer HEjrat;5
{ Wh)QCp0|n
private void PlayMp3() X>#!s Lt
{ QxmVImn"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); FFNv'\)
} |h,aV(Q
04wmN
private void PlayWav() y8KJoVPiM
{
C9q`x2
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^vmyiF
} o|nj2 .
5[|MO.CB$
public void Play(string audioType) 8L?35[]e
{ ? 1g<] ?
switch (audioType.ToLower()) R9->.eE
{ j/R
case ("mp3"): .TURS
PlayMp3(); B%L0g.D"
break; *}\!&Zk"
case ("wav"): [lsr[`SJ<
PlayWav(); q
lL6wzq,
break; TY,w3E_
} (,E.1j]ji
} LV&tu7c
} ^6~CA
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。 Xa2QtJq
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。 (l.`g@(L
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! `bGAc&,&
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。 zX!zG<<K
二、面向对象设计思想 J}coWjw`q
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! Nd&u*&S
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: kg$<^:uX
public class MP3 ~h;c3#wuc
{ +[JGi"ca
public void Play() %cD7}o:u
{ 5M~\'\;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); IiACr@[?e
} "YGs<)S
} /0 ,#c2aq
%/H
public class WAV @fp(uu
{ )jp#|#h
public void Play() 6P'
m0
{ <3QE3;4
MessageBox.Show("Play the wav file."); tWi@_Rlx;
} k[N46=u
} 8KD7t&H
+gTnq")wnI
Public class MediaPlayer Pb.-Z@
{ A8OV3h6]
switch (audioType.ToLower()) S*:b\{[f>
{ ;""V s6
case ("mp3"): ;h3uMUCml
MP3 m = new MP3(); 2Ni$
(`"
m.Play(); Jjz:-Uqq2
break; +E QRNbA
case ("wav"): )L`0VTw'M
WAV w = new WAV(); 16 o3ER
w.Play(); z@cL<.0CE
break; &gkloP@
} QhK]>d.
} Gu&?Gn oc
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。 fw_V'l#\
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) `ejE)VL=8h
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。 2_0OSbFv'P
public class AudioMedia UGEC_
{ R{3f5**0
public void Play() jGEUl=W
{ )5Kzq6.
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); r}9qK%C G.
} 0vUX^<
} &?*M+q34
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)。 AFl]w'=
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: jR\T\r4
public abstract class AudioMedia k:<yy^g$X
{ w1aa5-aF
public abstract void Play(); K%>uSS?
} p,@_A'
B[Uvj~g
public class MP3:AudioMedia G6Z2[Ej1
{ 7[:9vY
public override void Play() Z*nC
;5Kd
{ _I~W!8&w>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); CO1D.5
} 1A">tgA1
} cI'&gT5
W=o90TwbN
public class WAV:AudioMedia }V?SedsY
{ IR|AlIv
public override void Play() AU$W=Z*
{ Zo22se0)
MessageBox.Show("Play the wav file."); S[{#AX=0
} 8MM#q+8
} Tul_/` An
|~CN]N
public class MediaPlayer ;58l_ue
{ s6w</
//根据需要完成任务的单向分派 Z6X?M&-Lz
public void Play(AudioMedia media) veAGUE
%3
{ 5Y"lr Y38
media.Play(); *\I?gDON
} myFjw@
} Z=
dEk`
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)。 ^x4I
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。 93[c^sc9*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: v$w!hYsQ
public abstract class VideoMedia h2!We#
{ \Zqgr/.w/
public abstract void Play(); ;4Y@xS2M
} }f<.07
ykxjT@[
public class RM:VideoMedia ]0zXpMNI
{ ?z171X0
public override void Play() k(><kuJ`3
{ U"A]b(54
MessageBox.Show("Play the rm file."); 'AE)&56
} %:N6#;l M
} vN-#Ej.
u
Zk)]=<H
public class MPEG:VideoMedia MSoLx' <
{ I7nt<l!
public override void Play() \D<rT)Tl
{ ~a4htj
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); sYiegX`1c
} }?^5\ot u
} R>To
L
jtV{Lf3<
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 j>+x|!k
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: .:*V
CDOM
nfq
public interface IMedia A}FEM[2
{ vdYd~>w
void Play(); {%'(IJ|5z
} ]YQlCx`
r
Ka7[/
public abstract class AudioMedia:IMedia x1]^].#Eo
{ 0"kNn5
public abstract void Play(); +iir]"8
} !,+peMy
Y{B|*[xM
public abstract class VideoMedia:IMedia @O5-w
{ `ux
U
H#
public abstract void Play(); D:U:( pg
} 4T`u?T]
d Ayof=
这样再更改MediaPlayer类的代码: !1]72%k[
public class MediaPlayer [2gK^o&t
{ @|6n.'f+
public void Play(IMedia media) x^qmYX$'1b
{ ><viJ$i
media.Play(); WQ<J<$$uu
} { ,/mQ3
} 3 ~0Z.!O
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 a=&a)FR
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。 j` 9pZAF
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。 '`#2'MXG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^!L'Aoy;E
{ Ka&[
Oz<w
IMedia media = null; q%w\UAqA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3gaijVN
{
xN:ih*+,v
case ("mp3"): DKAqQ?fS
media = new MP3(); "D'A7DA
break; K3$83%E
//其它类型略; z*. 4Y
case ("rm"): #Sr_PEo
_
media = new RM(); {O*WLZ {0
break; x'{L %c>L
//其它类型略; )C5<puh
} m:59f9WXA
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :D8V*F6P
player.Play(media); -tAdA2?G
} mVg-z~44T
<LIL{g0eX
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 UJ1iXV[h"
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 hW$B;
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。 V~tq
_
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。 1hw1AJ}(F
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: aB;syl{
public interface IMediaFactory Q>] iRx>MZ
{ ^&MMtWR
IMedia CreateMedia(); $J>GCY
} acz8
H0cS
o;.PZi2k
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: d>*?C!xE
public class MP3Factory:IMediaFactory 3,+)3,N
{ E%t_17,=j
public IMedia CreateMedia() Mdsn"Y V
{ MU4/arXy
return new MP3(); (|I:d!>:U
} "ys#%,Z
} Xi^3o
//其它工厂略; 7"Sw))H|
<UOx >=h
public class RMFactory:IMediaFactory $73 7oV<
{ :^tw!U%y1
public IMedia CreateMedia() j-8v$0'
{ M>VT$!Lx
return new RM(); 0W<:3+|n4
} N@lTn}U
} 2`tdH|Z`
//其它工厂略; "5"6mw?
@r]wZ~@
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。 x*Y&s<
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: v=zqj}T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9>\P]:
{ HpSmB[WF
IMediaFactory factory = null; o?$kcI4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]ppi962Z
{ +dw$IMwb
//音频媒体 tfW/Mf
case ("mp3"): swJ3_WhbdT
factory = new MP3Factory(); \Y&* sfQ
break; `,gGmh
//视频媒体 o4,fwPkB
case ("rm"): &4Q(>"iL4
factory = new RMFactory(); 1OJD!juL$
break; / PDe<p
//其他类型略; S
C7Tp4
} kwU~kcM
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rxH*h`Xx@
player.Play(factory.CreateMedia()); d0$dQg
} SIv8EMGo
wDswK "T
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 <NZ^*]
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: dznHR6x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 83~
Gu[
{ <7N8L
IMediaFactory factory = null; @RGVcfCG)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~V&4<=r`
{ <3C~<
case ("mp3"): )nmLgsg
factory = new MP3Factory(); ):OGhWq
break; NSH20$A<
//其他类型略; }_93}e
case ("rm"): B?`n@/
factory = new RMFactory(); rq bX9M^
break; qplz !=
//其他类型略; N=FU>qbz
} p?(w! O
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y^80@MJ
media.Play(); hT4u;3xE
} gdkl,z3N3
q$FwO"dC
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 bh9rsRb}O
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 r \+&{EEG
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 BayO+,>K
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ;AMbo`YK[
os6p1"_\f
<appSettings> "D0:Y(\
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> dzJ\+
@4
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 8Q&.S)hrN
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> zK`fX
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 4np,"^c
</appSettings> #RAez:BI
?w6zq|
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: w@RVg*`%7D
private void InitMediaType() kx,9n)
{ VeK^hz
R^Z
cbbMediaType.Items.Clear(); GyI(1OAW
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 6(Za}H
{ <YX)am'\y
cbbMediaType.Item.Add(key); B;xw @:H
} <tkxE!xF`J
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; AffVah2o:
} BzBij^h
%\6ns
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: P'f0KZL;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~XAtt\WS
{ *V+6409m
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _/;k;$gDp
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); &'`q&U1x
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; VK\ Bjru9
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, s`"o-w\$>
factoryDllName).Unwrap(); [P,YW|:n
IMedia media = factory.CreateMedia(); C@+"d3
media.Play(); 3GVE/GtU
} )9'eckt
*>Sb4:
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。 `k y>M-
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: '5xf?0@s.
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ;%"YA
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!