面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) @x*.5:[
/wlFD,+8
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。 :U8k|,~f
一、传统过程化设计思想 }Wqtip:L
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: n@_)fFD%
public class MediaPlayer U(!?d ]en
{ _C5n Apb
private void PlayMp3() e]Puv)S>{8
{ }q]jjs
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K,]woNxaw
} r\B"?oqC
y%FYXwR{
private void PlayWav() gz#+
{ sX
Z4U0#
MessageBox.Show("Play the wav file."); zNwc((
} ,k\/]9
*iYMX[$
public void Play(string audioType) ~Z7)x7
z
{ 1S&0
switch (audioType.ToLower()) A^t"MYX@
{ R7,pukK
case ("mp3"): B9AbKK$`
PlayMp3(); b70AJe=
break; SbCJ|z#?
case ("wav"): -GFwFkWm
PlayWav(); l-XnB
break; n~.% p
} y%JF8R;n
} m+p4Mc%u
} yZ ?$8r
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 x!>d
6lgej
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 pA*i!.E/b
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! aw]8V:)$J
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。 KjC[q
二、面向对象设计思想 F~%|3a$Y
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ML"_CQlE7
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: waBRQh
public class MP3 @\+%GDv
{ ";o~&8?)
public void Play() }tu4z+T2
{ t Z+0}d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mqubXS;J|P
} + 2OZJVJ
} {({
R: !c
!eV^Ah>PZ
public class WAV Zi
ma^IL
{ }!Xf&c{7{
public void Play() 1+Sg"?8
{ 4^0\dq
MessageBox.Show("Play the wav file."); xiEcEz'lk
} y)IGTW o
} a$A2IkD
xJ$Rs/9C
Public class MediaPlayer haN"/C^
{ 7(H?k
switch (audioType.ToLower()) y)0gJP
L^
{ <. ezw4ju
case ("mp3"): r!CA2iK`
MP3 m = new MP3(); $tEdBnf^ca
m.Play(); HhzkMJR8
break; r}Ltv?4
case ("wav"):
nMLU-C!t
WAV w = new WAV(); Sb^a dd0dT
w.Play(); {npOlV
break; \MF3CK@/
} JATS6-Lz`
} .V7Y2!4TE
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 <1TlW
~q<
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) !,I7 ?O
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 u<x[5xH+
public class AudioMedia j)<;g(
{ b!0'Qidh0
public void Play() }#1UD
{ 5aa}FdUq
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); K3j_C`Se
} S_a :ML<
} }klE0<W|5\
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Pv^(Q]
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: V|+ `L-
public abstract class AudioMedia ;O Q#@|D
{ )Uc$t${en
public abstract void Play(); )r-T=
} *xEI
Zx
%g!yccD9
public class MP3:AudioMedia bX a %EMF
{ tq2-.]Y@U
public override void Play() `\Uc4lRS
{ #8P#^v]H
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1'(_>S5CG
} .`:oP&9r
} f+Pg1Q0zI
ZD$-V3e`
public class WAV:AudioMedia ^vYVl{$bT
{ 3WQRN_
public override void Play()
v(i1Z}*b
{ MtMvpHk
MessageBox.Show("Play the wav file."); .CIbpV?T
} 3L'en
} F<6KaZ|
#|)JD@;Q
public class MediaPlayer |Ba4 G`
{ 3?a0
+]
//根据需要完成任务的单向分派 @m*&c* r
public void Play(AudioMedia media) Oex{:dO "F
{ |!?2OTY
media.Play(); eD>-`'7<
} } S'I
DHla
} Km|9Too
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)。 Zm"!E6`69
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。 _C7abw-
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's2/9x
public abstract class VideoMedia x@{G(W:W
{ }CB=c]p
public abstract void Play(); MAm1w'ol"
} T%M1[<"Q
C:|q'"F
public class RM:VideoMedia Xq=!"E
{ z&>9
s)^-
public override void Play() B:R7[G;1
{ '6Pu[^x
MessageBox.Show("Play the rm file."); =:t@;y
} \'\N"g`Fr
} sR7{ i
[TiTff&LV
public class MPEG:VideoMedia w>H%[\Qs
{ MEdIw#P.}{
public override void Play() \NvC
{ ae9k[=-
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #+2:d?t
} [[Jv)?jm
} +X2 i/}
$sd3h\P&R
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 ];d5X
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: i_oro"%yL
wiK@o$S-
public interface IMedia lOowMlf@2
{ F^ %{
;
void Play(); w@gl
} Z~-T0Ab-
f)u*Q!BDD
public abstract class AudioMedia:IMedia %x cM_|AyR
{ <3],C)Zwc
public abstract void Play(); =F^->e0N
} tk3<sr"IQ
Cu)%s
public abstract class VideoMedia:IMedia z[0LU]b<
{ YW4bm
public abstract void Play(); _{2Fx[m%
} D@sx`H(
wB1-|=K1
这样再更改MediaPlayer类的代码: bJG!)3cx
public class MediaPlayer NIWI6qCw
{ ]ut-wqb{p
public void Play(IMedia media) i5>J
{ u~naVX\3b
media.Play(); 84hi, S5P
} .yFg$|y G
} M2zos(8g
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Mo/2,DiI5
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。
"df13U"
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 (>+k 3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \gJapx(
{ Hb@G*L$
IMedia media = null; 7(+OsE
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2]_4&mU
{ pjmGzK
case ("mp3"): ]P}K3tN%]
media = new MP3(); &bS"N)je
break; AK*mcTr
//其它类型略; j]ln
:?\
case ("rm"): (to/9OrG
media = new RM(); vP87{J*DE1
break; 0^)8*O9$
//其它类型略; ()3x%3
} j-C42Pfr
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -!bLMLIg
player.Play(media); b*6c.o
} 0Z1H6qn
"M5ro$qZ}
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nY"rqILX?
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 c=jI.=mi3
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 6b+ WlIb
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 vhE}{ED
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: p0y0T|H^
public interface IMediaFactory M|Lw`?T
{ upEPv
.h
IMedia CreateMedia(); '7O{*=`oj
} WV!kA_
s:m<(8WRw
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: tsSS31cv
public class MP3Factory:IMediaFactory eN2k8=
{ UVoLHd
public IMedia CreateMedia() kb}]sj
{ Fl 'xmz^
return new MP3(); #by9D&QP]
} W:+2We @
} oX:1 qJrC
//其它工厂略; _'v }=:X
u=v%7c2Mx}
public class RMFactory:IMediaFactory
Ae{4AZ
{ H>X>5_{}
public IMedia CreateMedia() "6*Kgf2G
{ qqom$H<
return new RM(); 8NF;k5
} ttAVB{kdo
} beHCEwh
//其它工厂略; G(|(y=ck
bh;b`
5
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。 xn x1`|1u
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: ]\9B?W(#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OL
]T+6X
{ SFk11
IMediaFactory factory = null; `9Q,=D+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /nD0hb
{ M5ySs\O4
//音频媒体 Y4~wNs6
case ("mp3"): !>kv.`|7~
factory = new MP3Factory(); Zh~Lm
break; n.8A
Ka6
//视频媒体 +O!M>
case ("rm"): &"j).Ogm4
factory = new RMFactory(); G}?P
r4Gj
break; >y06s{[
//其他类型略; @#ho(_U8
} EBL,E:_)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Bg+]_:<U
player.Play(factory.CreateMedia()); s=%+o&B
} @|UIV
C+#;L+$Gi
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。 3W0E6H"
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: 1~xn[acy
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) { d2f)ra.
{ f{ 4G
IMediaFactory factory = null; v[yTk[zd0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hZ\W ?r
{ U0bEB
case ("mp3"): E[Ws} n.
factory = new MP3Factory(); fF-\TW
break; M?4r 5R
//其他类型略; j+B5m:ExfI
case ("rm"): bmq XP
factory = new RMFactory(); 5t5S{aCDr
break; v`ZusHJ1d
//其他类型略; :
$52Ds!i
} ^B6i6]Pd=9
IMedia media = factory.CreateMedia(); \|>`z,;
media.Play(); a^}P_hg}-
} V8U`%/`N
A*;^F]~'
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 g;Sg
2
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 )6R#k8'ERr
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ^(m6g &$(
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: [?f.0q
g
/ @yK
<appSettings> Q}f}Jf3P
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> N5an9r&z(1
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> (7jB_ p%
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $I6eHjYT
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> io33+/
</appSettings> lbuW*)
Lvj5<4h;
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: m<'xlF
private void InitMediaType() Md?bAMnG+}
{ .8PO7#
cbbMediaType.Items.Clear(); -S3+
h$Y8
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) UV8r&O
{ 8W<)c
cbbMediaType.Item.Add(key); &'ETx"
} \NQ)Po@z
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; u+gXBU
} [QqNsco)
Q]g 4gj
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: GxDF7
z%&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oY6|h3T=Q$
{ NUnc"@
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); '%RK KA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); <VxpMF
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; MJ/%$
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, <C96]}/ ?
factoryDllName).Unwrap(); k42ur)pb
IMedia media = factory.CreateMedia(); N[bf.5T
media.Play(); ?*mbce[
} 6.7Kp
|{LaZXU &
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。 Y&