面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 7:plQ!7^
>UiYL}'br6
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。 ^
*k?pJ5
一、传统过程化设计思想 jFL #s&ft
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: P}n_IV*@
public class MediaPlayer ,Z&xNBX
{ -#u=\8
private void PlayMp3() %)zodf
{ r*2+xDoEi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ug>~Rq]
} `ZYoA
t]C~
;g+N&)n
private void PlayWav() [+T.at
{ saBVgSd
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]%@M>?Ywc
} 4i)1'{e
2_HNhW
public void Play(string audioType) qkDI](4
{ ^c"jH'#.L
switch (audioType.ToLower()) !Xf5e*1IS
{ `u3EU*~W
case ("mp3"): y\4L{GlBM
PlayMp3(); )~)J?l3{
break; *2pt%eav
case ("wav"): Dp,L/1GQ8
PlayWav(); X(
\AB
break; o=1Uh,S3R
} h7G"G"
} V_:1EBzz
} 4;e5H_}Oo
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。 P{kur} T
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。 /M1ob: m
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! ;DqWh0
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。 !;q&NHco
二、面向对象设计思想 `i3NG1
v0
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! q9KHmhUD
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: fInb[
public class MP3 HVR /7&g
{ ry`Ho8N
public void Play() x-WmMfcz&
{ <'y?KiphL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); aH)}/n
} cLpYW7vZ[
} ~7*.6YnI
o[Q MT P
public class WAV XKj|f`
{ ]#)()6)2v
public void Play() BTqS'NuT
{ ! `
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]
{RDV A=]
} TaZmRL
} !"?#6-,Xn
'.IW.{;$
Public class MediaPlayer 0fb2;&pUa
{ sEp"D+f
switch (audioType.ToLower()) R1adWBD>
{ PCHu#5j_a
case ("mp3"): DU0zez I9
MP3 m = new MP3(); M'?,] an
m.Play(); "h{q#~s
break; kj#?whK6~
case ("wav"): v|XTr,#
WAV w = new WAV(); GFj{K
w.Play(); =)0,#9k U]
break; }NHaCG[,
} %<\vGqsM
} mitHT :%r2
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。 8g@<d^8@
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) <GS^
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。 q(
public class AudioMedia 1-8mFIK
{ dP9qSwTa
public void Play() Q3kdlxXR
{ -]0OKE&
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); .5^cb%B*
} ^n*)7K[
} f%is~e~wc
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)。 -^&<Z
0m
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: Zi *2nv'
public abstract class AudioMedia kvL=>
A
{ !j9t*2m[
public abstract void Play(); x,=&JtKVc
} ;5]Lf$tZ
i?p$H0bn
public class MP3:AudioMedia |kyX3~
{ ~8q)^vm>f?
public override void Play() q }i]'7
{ F|SXn\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); dPW#C5dm
} m ifxiV
} \r/rBa\
? ^0:3$La
public class WAV:AudioMedia du<tGsy
{ [g7L&`f9
public override void Play() g;H=6JeG/
{ ^h(ew1:
MessageBox.Show("Play the wav file."); t|w_i-&b,
} Km qMFB62
} m(r,Acy6
=:xW>@bh|
public class MediaPlayer hi_NOx
{ [`ebM,W
//根据需要完成任务的单向分派 l.q&D< _
public void Play(AudioMedia media) vLv@&lMW
{ Yz<3JRw
media.Play(); u0JB\)(-/h
} UFXaEl}R
} B{QBzx1L9c
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)。 %6|nb:Oa
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。 5MroNr
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: H9'$C/w
public abstract class VideoMedia &W|[r(
{ iN bIp"W
public abstract void Play(); }5ret
} +5w))9@
D>`xzt '.6
public class RM:VideoMedia /j#n
{ .M qP_Z',
public override void Play() 0\X\izQ5
{ d6Ht2
MessageBox.Show("Play the rm file."); "|x^|n8i
} %"q9:{m
} S ^!n45l
DBo%fYst
public class MPEG:VideoMedia J9\Cm!H
{ 2]z8:a
public override void Play() prWk2_D;*
{ K?6jXJseb
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ]Z>}6!
} 6LvW?z(J
} bHY=x}Hv
(o 5s"b
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。 tP:lP#9
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: BOX{]EOj
T(#J_Y
public interface IMedia NpE*fR')
{ IB(6+n,6s
void Play(); d?y4GkK
} 3(="YbZ
?qmRbDI
public abstract class AudioMedia:IMedia "H=6j)Cb
{ 0CWvYC%e
public abstract void Play(); 1XrO~W\=
} e2AX0(
5Y.)("1f}f
public abstract class VideoMedia:IMedia j@AIK+0Qc
{ 5GI,o|[s6
public abstract void Play(); oK9( /v
} >
$O]Eu!
Z-$[\le
这样再更改MediaPlayer类的代码: $POu\TO
public class MediaPlayer )cW#Rwu_A4
{ gt\E`HB8E
public void Play(IMedia media) uF X#`^r`
{ yks__ylrl(
media.Play(); q}b
dxa
} Yz'K]M_Dq
} y8d]9sX{
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 TtK[nP
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 )Oq|amvC
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 7LfAaj
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;@0;pY
{ sZ3KT&
IMedia media = null; hXcyoZ8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) OyU5DoDz1
{ ?so=;gh
case ("mp3"): mu\6z_e
media = new MP3(); &9.C l;I
break; WEw6He;
//其它类型略; ,cXD.y
case ("rm"): cb@?}(aFl
media = new RM(); C1V|0hu
break; 6`&a&%,O
//其它类型略; ML}J\7R
} `jDTzhO~
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 5^}\4.eXo
player.Play(media); 9)D6Nm
} ]RwpX ^ 1
,bZL C
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ZAW^/bo<
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 1Rt33\1J0
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 dhC$W!N7!
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。 +xRK5+}9
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: L\37xJo
public interface IMediaFactory -m\u
{ b}2ED9HG\
IMedia CreateMedia(); mbKZJ{|4s
}
kq?Ms|h
^8]NxV@l
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: )~&CvJ
public class MP3Factory:IMediaFactory aKJwofD
{ L{#IT.
public IMedia CreateMedia() %gInje
{ t DO=P
c
return new MP3(); <h!_>:2L
} S~<$Hy*kh
} aJSO4W)P
//其它工厂略; cA&9e<
L s
G\OG
public class RMFactory:IMediaFactory Ij 79~pn
{ rExnxQ<e
public IMedia CreateMedia() gLb`pCo/
{ UI0(=>L
return new RM(); ;RH;OE,A
} 2my_ ;!6T[
} 8mCxn@yV
//其它工厂略; EHSlK5bD,
4%{,]
q\p
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 zp6C3RG(
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: a f6M,{F
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 32(^Te]:
{ oF vfCrd
IMediaFactory factory = null; &]Q@7Nl7:l
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) o m!!Sl 3
{ Juo^ ,
//音频媒体 dSLU>E3g
case ("mp3"): 3t.l5m
Rg5
factory = new MP3Factory(); Z3%}ajPu[
break; K>
%Tq
//视频媒体 CVDV)#JA
case ("rm"): 36.Z0Z1'F>
factory = new RMFactory(); _PPy44r2
break; 2"COP>
//其他类型略; MO[2~`,Q!
} q~rEq%tk
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); QER?i;-wb
player.Play(factory.CreateMedia()); H
h4WMZJG
} at @G/?
JX<)EZ!F
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 <g-9T -Ky
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: .Q<>-3\K
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "x%Htq@
{ nz%DM<0$
IMediaFactory factory = null; %J#YM'g
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) G3C~x.(f
{ zlyS}x@p
case ("mp3"):
3Nl <p"=
factory = new MP3Factory(); p$O.>
[
break; 3N8t`N
//其他类型略; zh%#Y_[R
case ("rm"): 6d:zb;Iz
factory = new RMFactory(); <<UB ^v m
break; 6o^,@~:R
//其他类型略; `34zkPB??
} j
'FVz&
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?}qttj
media.Play(); W,D4.w$@'
} Ig$(3p
=NpYFKmMhV
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 y+Ra4G#/}
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Yy5h"r
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 }~2LW" 1'
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: \1d( 9jR
~W*FCG#E
<appSettings> =pr`'
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> "7U4'Y:E
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> }I2wjO
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> T
_r:4JS
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> oVnvO iAc
</appSettings> 60P<4
"33Fv9C#bK
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 0Vj4+2?L5;
private void InitMediaType() D{!6Y*d6&s
{ phQUD
cbbMediaType.Items.Clear(); EJj.1/]|r
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 5]~'_V
{ -M~8{buxv
cbbMediaType.Item.Add(key); ,aOl_o -&
} czA5n
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; R$v[!A+:'
} >~#yu&*D
B`YTl~4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: LU
\i0|i|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #r$cyV!k
{ ks&*O!h
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); -] LY,M
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); '>NCMB{*
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~Uu4=
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, RW|`nL
factoryDllName).Unwrap(); 9"NF/)_
IMedia media = factory.CreateMedia(); yZ
@"\Z!
media.Play(); m];]7uB5=
} ,ly\Ka?zO
=FlDb
5t{
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。 Z|%_&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: r~E=4oB7
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 XywE1}3
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!