面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) T J!d7
E*sQ|" g
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。 C[-M
~yIL
一、传统过程化设计思想 Jq5](F!z
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: ajy+%sXf=
public class MediaPlayer T3_3k.,|
{ \CY_nn|&g
private void PlayMp3() ujLz<5gKuO
{ Vr<eU>W
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U.$7=Zl8t
} m0}1P]dc
8]`LRzM
private void PlayWav() ?2q;`Nb
{ + a,x
MessageBox.Show("Play the wav file."); W$>AK_Y}
} wN+3OPM
xJ);P.
public void Play(string audioType) 7;8#iS/
{ `|rr<Tsy\
switch (audioType.ToLower()) [U^@Bk h
{ pzQWr*5a
case ("mp3"): !,(6uO%
PlayMp3(); 8mmHefZ}2!
break; [X\<C '<
case ("wav"): \#hp,XV>
PlayWav(); \FL`b{!+ N
break; f4[Bj{F
} M[= #%U3*N
} +kj
d;u#
} ?a]1$>r
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 'QP~uK
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 C-TATH%f^
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 0ECQ>Ux:
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 -s!cZ3
二、面向对象设计思想 7rZE7+%]
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 6p}dl>T_y
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 8rNRQOXOa
public class MP3 2," (
{ p%]ZG,
public void Play() Q+ogV vMq>
{ w(EUe4 w{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Wu1">|
} B7u4e8(E*
} +vSp+X1E
\G~<O071
public class WAV u]uUm1Er
{ |/M^q{h&7s
public void Play() A4mnm6Tf
{ Ltrw)H}
MessageBox.Show("Play the wav file."); F5(D A
} AB0>|.
} +*')0I
6$y$ VeW
Public class MediaPlayer .*,W%r?1n6
{ )bkJ['9
switch (audioType.ToLower()) *$Tz g!/
{ .271at#-
case ("mp3"): ro8c-[V
MP3 m = new MP3(); ;&~9k?v7L
m.Play(); ndE" v"_H
break; LV6BSQyQ
case ("wav"): \5q0nB@i5y
WAV w = new WAV(); h)o5j-M>4
w.Play(); G,,7.%eib=
break; -h`[w:
} iYR`|PJi
} +)06*"I
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ./r#\X)dc
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 8IQqDEY^
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 /f Ui2[y
public class AudioMedia SbX#$; ks~
{ ^dP]3D1
@
public void Play() Ts c2;I
{ }n;.E&<[
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Pg%k>~i
} 3$#=*Zp
} +j!$88%Z{
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)。 $Ao
iH{f
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: yM`QVO!;
public abstract class AudioMedia e'MLLC[
{ OY'6 ~w9
public abstract void Play(); 37U$9]
} Y3M"a8 e'
8v12<ktR`
public class MP3:AudioMedia BqG7Et
{ C?-_8OA
public override void Play() D@iE 2-n&V
{ (V:)`A_-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +h?Rb3=S
} h#?)H7ft
} G$7!/O%#_
5y8ajae:
public class WAV:AudioMedia e00s*LdC
{ gg+!e#-X
public override void Play()
-_p@I+B
{ O@7={)6qc
MessageBox.Show("Play the wav file."); +T*]!9%<`:
} ^Sj*
} @S#Ls="G
wVac6q
public class MediaPlayer :kw14?]_
{ 9|5>?'CqP
//根据需要完成任务的单向分派 (+w.?l
public void Play(AudioMedia media) {Ip)%uR
{ g( -}M`
media.Play(); ;:4PT~\*
} Z0!yTM/C
} cK _:?G
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 nZP%Z=p7
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 2y` :#e`x1
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 9Lp[y%{GP
public abstract class VideoMedia FF'Ul4y
{ Q2jl61d_9
public abstract void Play(); .~Y%
AI
} r;'Vy0?AL
1 ,e`,
public class RM:VideoMedia .~jn
N
{ p5?8E$VHV
public override void Play() /}&@1
{ s3+6Z~g'B
MessageBox.Show("Play the rm file."); ZB5u\NpcW
} ^,,lo<d_L
} 5nh:S0M6V
-gR
}^D
public class MPEG:VideoMedia e,I{+^P
{ >X0c:pPu
public override void Play() j`LvS
{ b_%W*Q
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); C=!YcJ9
} |p"4cG?)
} n.tJ-l5[
O9jpt>:kZ
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。 GJP\vsaQ
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: b]XDfe
D! $4
public interface IMedia +x:-W0C:
{ i48Tb7Rx~n
void Play(); ~ s# !\Ye
} hJasnY7
` 8OA:4).
public abstract class AudioMedia:IMedia t}A n:
{ ppXt8G3%x
public abstract void Play(); w?Nx^)xX
} A_xUP9g@?
9!UFLZR
public abstract class VideoMedia:IMedia ," ~4l&
{ O({vHqN>
public abstract void Play(); MsLQ'9%Au
} l!9G
^ Z~'>J
这样再更改MediaPlayer类的代码: [/Ya4=C@
public class MediaPlayer _?J:Z*z?
{ oMer+=vH
public void Play(IMedia media) }Pf7YuUZZ
{ #M5[TN!
media.Play(); xulwn{R s
} Lf} @v
} -4!i(^w[m/
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q[T='!Z\
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。 `Q~`Eq?@
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。 y*fU_Il|!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `Z!NOC
{ J^]Y`Q`
IMedia media = null; FdVWj
5 $a
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +5C*i@v
{ )Og,VXEB
case ("mp3"): '@Q
aeFm
media = new MP3(); oP( Hkp,'
break; ee5QZ,
//其它类型略; qGgqAF#B
case ("rm"): l:
X]$2;
media = new RM(); u%`4;|tI
break; 8E9W\@\
//其它类型略; 2(Ez
H
} =|G l
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @vcvte
player.Play(media); Tl ?]K
} 2~BId&]
3cztMi
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ?]bZ6|;2
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 %}%vey
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 d,0Yi
u.p
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 r\sQ8/
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: k2S6 SB
public interface IMediaFactory MX.=k>
{ =5yI>A0
IMedia CreateMedia(); E*_lT`Hzf
} gbJz5EEq
}\oy?_8~
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: {V)Z!D
public class MP3Factory:IMediaFactory !ENb \'>J>
{ wZV/]jmlEt
public IMedia CreateMedia() jSyF]$"
{ L>qLl_.
return new MP3(); 1vF^<{%v
} u4kg#+H
} o]vU(j_Ju
//其它工厂略; B[R1XpB7
Y"U -Rc
public class RMFactory:IMediaFactory m+J3t@$
{ 8>sToNRNe
public IMedia CreateMedia() BEv>?T
0
{ oU.LYz_
return new RM(); tE: m&
;I
} %TA3o71
} 4Fr\=TX
//其它工厂略; fem>WPvG
~Z'3(n*9
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。 K8l|qe
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: U_UX *
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) W&U
Nk,
{ \HzI*|*A
IMediaFactory factory = null; fi2@`37PM
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n>Rt9
{ x@I(G "
//音频媒体 6BJPQdqSl
case ("mp3"): _"PTO&E
factory = new MP3Factory(); }cL9`a9j
break; YAIDSZ&l[
//视频媒体 s C9j73vf
case ("rm"): .cQ<F4)!tu
factory = new RMFactory(); [Pu~kiN
break; ">G|\_ZF
//其他类型略; /Wh}
;YTv^
} }D7q)_g=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L{)e1 p]q
player.Play(factory.CreateMedia()); (
*(#;|m
} ^fLePsmd
J/j?;qx]j
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。 Xw=>L#Q
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: DFz,>DM;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ov=[g l
{ Fvy__qcHi
IMediaFactory factory = null; n0T\dc~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) aIv>X@U}
{ @}K'Ic
case ("mp3"): McgTTM;E
factory = new MP3Factory(); `o6Hm
break; X;7gh>Q'4
//其他类型略; &cSTem
0
case ("rm"): 4dXuy>Km
factory = new RMFactory(); 2z7+@!w/
break; Wb] ha1$
//其他类型略; DAG2pc8zA
} ?=B$-)/
IMedia media = factory.CreateMedia(); O;9'0-F ?
media.Play(); -;TqdL@
} ?*~W
x?:[:Hf
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。 }jM&GH1
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。 /#z5bo
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。 gv}Esps
R
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: vr|9NP]v
+-=w`
<appSettings> +zQ
a"Ep*
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> X ?/C9
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> h&+dIk\[3
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $!L'ZO1_r
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !F*7Mif_E
</appSettings> Vf#X[$pc/
W>Eee?
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: i2SR.{&
private void InitMediaType() ,F7W_f#
@3
{ TC80nP
cbbMediaType.Items.Clear(); u%<Je
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ty|E[Ez1
{ 4tR:O#($V
cbbMediaType.Item.Add(key); MO+g*N
} 1D03Nbh|5
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; \`\& G-\
} H 3YFbR
.eAN`-t;
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: |1zoT|}q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `Ym7XF&
{ nc#}-}`5
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); s
l|n]#)
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 3%Z:B8:<