面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 6_|iXs(&
=mR~\R(
I
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。 }`KK
一、传统过程化设计思想 )X
|[jP
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: F<.oTP-B
public class MediaPlayer ezimQ
{ OT0%p)
private void PlayMp3() )5T82=[h<
{ wcH,!;3z+
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }uZ/^_U.
} @$}Ct
pwvzs`[;
private void PlayWav() eHHY.^|
{ (#kKL??W
MessageBox.Show("Play the wav file."); Hjhgu=
} &~mJ
).*
'8J!(+
public void Play(string audioType) YRg"{[+#]k
{ <OY (y#x
switch (audioType.ToLower()) [|".j#ZlK
{ srPczVG*
case ("mp3"): U!d|5W.{Q
PlayMp3();
zh{,.c
break; n%|og^\0
case ("wav"): PRJ
PlayWav(); 8[b_E5!V
break; ES-V'[+jDy
} T:T`M:C.
} K|pg'VT"
} [ Y+Ta,
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 !3F3E8%
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Su/8P[q_
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! {W+IUvn
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 )ifjK6*
二、面向对象设计思想 :FT x#cZ
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! XHU\;TF
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: QC,fyw\
public class MP3 (}g4}A@x
{ GY>G}bfh
public void Play() O&dBLh!G
{ {FQ@eeU
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @E 8P>kq
} @An}
} 0=0,ix7?#
\sMe2OL#z
public class WAV *\.8*6*$!
{ Y~xo=v(
public void Play() lArKfs/
{ +7\d78U
MessageBox.Show("Play the wav file."); '-U&S
} ]p8zT|bv
} *
N]^(+/A
SZ29B
Public class MediaPlayer l+#J oc<8
{ 0iYo&q'n
switch (audioType.ToLower()) _01wRsm%2
{ nb<e<>L
case ("mp3"): u,V_j|(e
MP3 m = new MP3(); _tUh*"e&
m.Play(); \q($8<
break; {xAd>fGG+y
case ("wav"): vPz$+&{I
WAV w = new WAV(); y\omJx=,
w.Play(); e2e!"kEF
break; ;FQNO:NP
} NbC2N)L4
} @XJ#oxM^
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。 C}#$wge
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) @ ]40xKF
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。 F\, vIS
public class AudioMedia cYp/? \
{ zauDwV=
public void Play() 6P3h955c
{ fy]c=:EmD
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); UX+vU@Co[
} $xT9e
} `OfD^Q=
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 SJ91(K
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Q^;:Kl.b
public abstract class AudioMedia ]5K+W
{ /GVjesN
public abstract void Play(); cZJ5L>ox
} O\CnKNk,
Y[l<fbh(}
public class MP3:AudioMedia ^,0Lr$+
{ ue^HhZ9
public override void Play() GE`1j'^-
{ N]eBmv$|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 3&>0'h
} Y)@Y$_
} EK=
y!>
iciKjXJ:
public class WAV:AudioMedia NRny]!
{ OP<N!y ?[
public override void Play() "u]&~$
{ 3dSb!q0&N
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,]:Gn5~
} ~`Rar2%B
} D Qz+t
k 3H0$1
public class MediaPlayer @I}VD\pF
{ =&6sU{j*
//根据需要完成任务的单向分派 .%y'q!?
public void Play(AudioMedia media) IITUM)
{ ,jEc4ih4
media.Play(); HCsd$M;Hbv
} 5x%Blkx
} d#TA20`
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)。 K-~g IlbQ`
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。 JO*/UC>"
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: BPa,P_6(
public abstract class VideoMedia Fsm6gE`|n
{ pU9.#O
public abstract void Play(); 5RvE ),
} 1
_Oc1RM
PWZd<
public class RM:VideoMedia qEuO@oE
{ &e6UEG
public override void Play() (8aj`> y
{ J^`5L7CO
MessageBox.Show("Play the rm file."); -uWV(
,|
} q\}+]|nGs
} ,cL;,YN
5@%.wb4
public class MPEG:VideoMedia 4uzMO <
{ {aN pk,n
public override void Play() R|}N"J _
{ 1cv~_jFh
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); F$(ak;v}
} r8@]|`j
} (ix.
O>pv/Ns
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 ^ZO! (
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: Nf^<pT[*
%s"&|32
public interface IMedia C+uW]]~I)
{ .=9WY_@SZ
void Play(); :^Pks R
} );%H;X+x
PWyf3
public abstract class AudioMedia:IMedia ~x!up9
{ A$r$g\5+
public abstract void Play(); qxb]UV,R
} oWL_Hh%-f`
u1L^INo/
public abstract class VideoMedia:IMedia H)i|?3Ip
{ "5Y6.$Cuf!
public abstract void Play(); ?!&%-R6*
} C&>*~
@`dg:P*[
这样再更改MediaPlayer类的代码: GE(~d '
public class MediaPlayer 3PGAUQR#"q
{ _<LL@IX
public void Play(IMedia media) @U18Dj[
{ MNWI%*0LO
media.Play(); Fu_I0z
} 5gtf`ebs/
} e~'lWJD
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 >P:X\5Oj
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。 cu($mjC@T
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。 xsB0LUt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) vo`&
{ O`c50yY
IMedia media = null; q6)fP4MQ]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) kFwFPK%B
{ 6ki2/ Q
case ("mp3"): ^APtV6g
media = new MP3(); xy[#LX)RW
break; P2a5<#_|
//其它类型略; nq]6S$3
6
case ("rm"): <-!1`@l>
media = new RM(); :${tts2g
break; #G77q$
//其它类型略; R
,qQC<
} ];LFv5"
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 0mujf
player.Play(media); WA8<:#{e
} @wgd
3BU
#dj?^n g
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 uy's eJ
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。 )rK2%\Z
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。 (tX3?[ii
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。 +ODua@ULFB
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: OALNZKP
public interface IMediaFactory yl~_~<s6
{ ^~;ia7V&2
IMedia CreateMedia(); +Cw_qS"=
} m+hI3@j
k?14'X*7yu
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(J>'Z
public class MP3Factory:IMediaFactory RyJy%|\-S
{ *z?Uh$I4
public IMedia CreateMedia() 3$nK
{ ^obuMQ;
return new MP3(); 9p qsr~
} Bi:lC5d5?
} din,yHu~
//其它工厂略; Bzrnmz5S
3T)rJEN A
public class RMFactory:IMediaFactory }yEV&&
@
{ w'2FYe{wj
public IMedia CreateMedia() J+`aj8_ B
{ VTu#)I7A^@
return new RM(); ;Zd_2CZ
} N
$) G8
} W5
F\e[Ax5
//其它工厂略; "Gp[.=.z?
RW L0@\
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。 ]=00<~ l*q
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: K:a8}w>Up
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m!/TJhiQ
{ 2bNOn%!
IMediaFactory factory = null; Cf=H~&`Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) [i`
{ LpU}.
//音频媒体 HU $"o6ap
case ("mp3"): .J)TIc__|A
factory = new MP3Factory(); T;/GHC`{Y
break; |#@7$#j
//视频媒体 U =.PL\
case ("rm"): G;l7,1;MU:
factory = new RMFactory(); v_!6S|
break; z%YNZ^d
//其他类型略; MjMDD
} KGy3#r;Q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); G%erh}0~
player.Play(factory.CreateMedia()); ep"[;$Eb
} J:m/s9r
JXK\mah
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。 X&pYLm72;
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 `|A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'Rn-SD~gIr
{ EL?(D
IMediaFactory factory = null; 'QCIKCn<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) :5NMgR.d
{ / I`TN5~
case ("mp3"): }=^ ,c
factory = new MP3Factory(); 8)X9abC
break; c* {6T}VZr
//其他类型略; r(>S
case ("rm"): KNx/1lf
factory = new RMFactory(); m^D'p
break; DXLXGvcM
//其他类型略; :<qe2Z5k
} *,\"}x*
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?G,4N<]Nu
media.Play(); h<G4tjtk
} }%_|k^t
$D^\[^S
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。
IOl_J>D]F
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。 X.fVbePxUU
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。 4XN
\p
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: ^PZ[;F40
S<i$0p8J;
<appSettings> rOSov"7
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> i HD!v7d7
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 2LwJ%!
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ]@&X*~c^Z
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> DK IH{:L7
</appSettings> F0:]@0>r
aA`eKy) \
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: J2=4%#R!
private void InitMediaType() l 00i2w
{ GcVQz[E
cbbMediaType.Items.Clear(); ]8p{A#1
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) b>07t!;
{ f7=MgFi
cbbMediaType.Item.Add(key); YXA@
c
} *)RmX$v3
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ;kgP:n
} 8rsc@]W
pbVL|\oB}
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 54_}9_g
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }'oU/@yG
{ X1^VdJE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); TA[%eMvA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); WX&IQ@
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; cJo%j -AM
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Lw>B:3e
factoryDllName).Unwrap(); "V|Rq]_+%
IMedia media = factory.CreateMedia(); V\L;EHtc$
media.Play(); is<:}z
} .vu7$~7
\o>-L\`O
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。 C]ss'
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: gu
k,GF9p]
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 5|H;%T3_
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!