面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) t{ R\\j
5x=aJl;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。 UBm L:Qv
一、传统过程化设计思想 FkH HTO
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: '<JNS8h
public class MediaPlayer 0eP ]
{ sT*D]J
2
private void PlayMp3() 4Ucs9w3[
{ hp$/O4fD
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Nf!g1D"U
} OtVRhR3>
JoCZ{MhM
private void PlayWav() ,Hzz:ce
{ zJ=lNb?q
MessageBox.Show("Play the wav file."); <y}9Twdy
} o
_G,Ph!7
S <RbC
public void Play(string audioType) 2&,jO+BqE@
{ D"z3SLFW{
switch (audioType.ToLower()) 2d# 3LnO
{ [XKudw%
case ("mp3"): ^c-8~r|y,
PlayMp3(); GGQ%/i]:
break; ^7Hwpn7E
case ("wav"): 0ap_tCY
PlayWav(); 3 i;sB
break; $1E'0M`
} @,:6wKMc
} s;ivoGe}
} JqmxS*_P
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 \x7^ly$_
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。 k',#T932x1
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! RDSkFK( D
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。 L7`=ec<
二、面向对象设计思想 [X%Wg:K
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! @PZ{(
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: w!eY)p<
public class MP3 _t/~C*=:=
{ l"rX'g?
public void Play() -\9K'8 C
{ +7KRoF |
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `w_%HVw>"
} A/c #2
} E~y(@72)
L[cP2X]NQ
public class WAV _yRD*2 !;
{ B{lj.S`mB
public void Play() q21l{R{Y
{ )vsX (/WU
MessageBox.Show("Play the wav file."); }1#prQ0F
} 4~K%,K+Du
} W5Uw=!LdEY
jf^BEz5
Public class MediaPlayer fpa~~E-
{ h.*v0cq:
switch (audioType.ToLower()) ]<*-pRN
{ !kS/Ei
case ("mp3"): _M)
G
MP3 m = new MP3(); |kGQ~:k+P
m.Play(); dLfB){>S
break; Fy$f`w_H@
case ("wav"): |E9'ii&?B
WAV w = new WAV(); oMNSQMlI
w.Play(); 9vauCIfVC
break; 7|PB6h3
} .Im=-#EN
} ~Z~V:~
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ntntB{t
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) )~ 0TGy|
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Rc vp@
public class AudioMedia RKPX*(i~
{ cN-$;Ent
public void Play() 4nrn
Npf`b
{ >r3SF3XMq
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); !(HPx@_
} a*&(cn
} @h9QfJ_f
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)。 Fs3
:NH
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: =NmW}x|n
public abstract class AudioMedia @'9m()%-]g
{ 2FcNzAaV
public abstract void Play(); +#Wwah$
} ~1&WR`U
3$_JNF`
public class MP3:AudioMedia 6f:u AFwG
{ T&4f}g/
public override void Play() 2){O&8 A
{ N8iLI`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 2?{'(iay
} B@U'7`v
}
!zfKj0^
%P7qA
public class WAV:AudioMedia pm=m~
{ Wu" 1M^a
public override void Play() 15S&,$1&
{ WvZt~x&2
MessageBox.Show("Play the wav file."); R@-x!*z
} S1[, al
} 2qot(Zs1i
84!Hd.H
public class MediaPlayer pC]XbokES
{ $A`m8?bY
//根据需要完成任务的单向分派 Gj?$HFa
public void Play(AudioMedia media) r1TdjnP,2^
{ !6l*Jc3
media.Play(); `^] D;RfE
} S@'%dN6e
} /Kh,
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)。 ]}kw'&
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。 =Oq*9=v|
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: 16>D?;2o(
public abstract class VideoMedia zu.B>INe
{ e=nvm'[h
public abstract void Play(); 51u\am'T
} 3FtL<7B'.
Vm[F~2+HX
public class RM:VideoMedia L+*:VP6WD
{ 8ok=&Gq4
public override void Play() OIJT~Z}
{ @H<*|3J
MessageBox.Show("Play the rm file."); h!ogH >S~
} 51`&%V{daL
} r^a:s]
LRg]'?
public class MPEG:VideoMedia t>AOF\
{ [}M!ez
public override void Play() @TQ/Z$y
{ qY$ [2]
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); WrSc@j&Ycv
} ,zdGY]$
} `IEA
B;?)X&n|X
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。 }W'4(V;:
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: Xl<iR]lda
4g"%?xN
public interface IMedia YrJUs]A
{ x1?mE)n]
void Play(); w|6/ i/X
} hPUAm6b;
,:e~aG,B
public abstract class AudioMedia:IMedia swxX3GR
{ ;Y[D#Ja-
public abstract void Play(); m$_b\^we
} )
$_1U!z
MqB@}!
public abstract class VideoMedia:IMedia W;yc)JB
{ +8C}%6aX
public abstract void Play(); t^KQ*8clG
} l'/`2Y1
vUVFW'-
这样再更改MediaPlayer类的代码: _FYA? d}
public class MediaPlayer `!/[9Y#H p
{ ~1%*w*
public void Play(IMedia media) ]c~yMA+]FZ
{ L FkDb}
media.Play(); K^U="
} B=r DU$z
} aTTkj\4
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 60vmjm Xl
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。 t\hnnu`Pq
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。 *{vH9TO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ig t*8px
{ s`_EkFw>Gl
IMedia media = null; a1~|?PCbY
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) rP3tFvOH
{ T2MC`s|`
case ("mp3"): A{
~D_q
media = new MP3(); dazNwn
break; 2+rT .GFc
//其它类型略; v*?8 :>:}
case ("rm"): J`U]Ux/L
media = new RM(); xeSch?}
break; 6X*vCylI
//其它类型略; &liON1GLM
} "D
_r</b
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Q-'j131[
player.Play(media); <Z:FY|'s
} !iKW1ks
M; wKTTQy
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 U
L
$!
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 B18BwY
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 N:)x67,
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 7.hBc;%2u
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: d\JaYizp
public interface IMediaFactory ^)~Smj^d
{ 'vd&r@N
IMedia CreateMedia(); pPBXUu'
} {&n- @$?
D<6$@ZJ
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: E+lR&~mK=
public class MP3Factory:IMediaFactory x(TF4W=j
{ uaF-3
public IMedia CreateMedia() +d6onO{8
{ -U /)y:k!%
return new MP3(); KMj\A
d
} -lhIL}mGf
} '#f<wfn
//其它工厂略; KSPa2>lz?
._G,uP$
public class RMFactory:IMediaFactory 09-8Xzz
{ {s
mk<NL
public IMedia CreateMedia() V1]GOmXz
{ _u[tv,
return new RM(); =7<JD}G
} EfEgY|V0
} Z<i}XCE
//其它工厂略; rE+B}O
.t_t)'L
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。 4u:SE
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: :hZM$4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) { LvD\4h"
{ mH$tG
$
IMediaFactory factory = null; CT[9=wV)m%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,ErfTg&^
{ 1,wcf,
//音频媒体 e]RzvWq
case ("mp3"): Op%OQ14$
factory = new MP3Factory(); irAXXg
break; ,W}:vdC
//视频媒体 )%K<pIk
case ("rm"): c*)T4n[e
factory = new RMFactory(); MT-Tt
break; EB[T 5{
//其他类型略; |Mb{0mKb
} "U}kp#)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); *]]Zpa6
player.Play(factory.CreateMedia()); msmW2Zc
} =
wD#H@ h
`9^tuR,
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。 4H#-2LV`
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: s * (a
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) JY"jj}H]|
{ o]<Z3)
IMediaFactory factory = null; XDY]LAV
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3ay},3MCV%
{ cqG6di7#
case ("mp3"): (Mk7"FC7
factory = new MP3Factory(); ~m6=s~Vn
break; f7x2"&?vg
//其他类型略; 7_I83$p'
case ("rm"): TF8#I28AD
factory = new RMFactory(); ?8-Am[xH
break; "
@D
//其他类型略; OS z71;j
} KnG7w^
IMedia media = factory.CreateMedia(); (DiduSJ
media.Play(); iww/ s
} \l59/ZFan
-uYxc=4Lh
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 1{a%V$S[
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。 <O1R*CaP
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。 $r!CQ2S
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: IbI0".o
o!tC{"g
<appSettings> j.q}OK
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> f!'i5I]
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]DNPG"
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> K0.aU
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 9nG^_.}|
</appSettings> Xq 135/d
{:1j>4m2
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: c]^P$F8U
private void InitMediaType() K7RAmX
{ QHNyH
cbbMediaType.Items.Clear(); Tc^
0W=h
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) n\ "6ol}>E
{ "`% ,l|D
cbbMediaType.Item.Add(key); }-oba_
} 0i*V?
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; al2lC#Sy
} <X)\P}"L4
(Q8!5s
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ;%e)t[5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?AyxRbk
{ g{'f%bkG
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); &aRL}#U
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); x%EGxs;>^
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ^ptybVo
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %YR&>j
k
factoryDllName).Unwrap(); iHPsRq!
IMedia media = factory.CreateMedia(); ray3gM%JLj
media.Play(); IJ Jp5[w
} =.3#l@E!C
~F,~^r!Jtu
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。 VVeJe"!t
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: h3@tZL#g
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 eAlOMSL\
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!