面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _R-[*ucq
1:%HE*r
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。 /R7qR#
一、传统过程化设计思想 GP6-5Y"8
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: }JyWy_Y
public class MediaPlayer + Bk"
khH
{ |d\rCq >
private void PlayMp3() O)NEt
{ eJFGgJRIvF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ij i<+oul
} (jv!q@@2C.
Ta^l1]9.*
private void PlayWav() chv0\k"'
{ Cg[]y1Ne
MessageBox.Show("Play the wav file."); +`4`OVE_#
} 1sKKmtgH
HL-zuZa`Ju
public void Play(string audioType) YcW[BMy5h
{ gU1E6V-Jm
switch (audioType.ToLower()) eV$pza
{ mVFz[xI
case ("mp3"): $xqI3UaX
PlayMp3(); SEsc"l8
break; ENW>bS8e`
case ("wav"): "X4L+]"$g
PlayWav(); EooQLZ
break; 6yEYX'_
} (%*CfR:>
} tr3Rn :0]
} +rse,b&U(
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。 _X5@%/Vz
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。 9fp@d
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! LnZzY0
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。 qd\5S*Z1
二、面向对象设计思想 HPJ\]HV(
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! "e.QiK
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: RSEo'2
public class MP3 "'/:Tp)
{ Pl(+&k`}
public void Play() E=!=4"rZF
{ $@k[Xh
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8;2UP`8s ?
} *c'nPa$+|S
} Esh3cn4
z*?-*6W
public class WAV $OOZ-+8
{ t}r`~AEa!
public void Play() .XD7};g
{ #LRN@?P
MessageBox.Show("Play the wav file."); P{2V@ <}
} o|#Mq"od
} y+D 3(Bsn
j/"{tMqQp
Public class MediaPlayer ^wesuW@=
{ pm$ZKM
switch (audioType.ToLower()) |tL57Wu93
{ tj:3R$a
case ("mp3"): H}G=%j0
MP3 m = new MP3(); $B6CLWB
m.Play(); xszGao'
break; g=w,*68vuy
case ("wav"): A$*#n8,
WAV w = new WAV(); zs#s"e:jeR
w.Play(); gD&/k
break; E#3KWp#M
} ]iu}5]?)
} l!VPk"s
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。 zO#{qF+~;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 0 5eth
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(@/,%EF
public class AudioMedia _-/aMfyQ
{ S |SN3)
public void Play() C? pi8Xg
{ +-_71rJc.
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); J[E_n;d1
} yh9fHN)F
} {ctEjgiE
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)。 N[e QT
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: A)9[.fhx
public abstract class AudioMedia gq9D#B
{ #T\Yi|Qs#
public abstract void Play(); / S
} /*g9drwaa
c2M-/ x-:
public class MP3:AudioMedia aq-`Bar
{ Hg8n`a;R
public override void Play() hjCFN1 #Sa
{ l#7].-/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); GdZ_
} ua$H"(#c
} >~O36q^w
Cj~45)r
public class WAV:AudioMedia v(ABZNIn
{ Q`$Q(/
public override void Play() IT,d(UV_
{ ?39B(T
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3f'dBn5
} 3L2@C%
} .Q'/e>0
q^{Z"ifL
public class MediaPlayer cd8ZZ8L
{ Qd~M;L O"i
//根据需要完成任务的单向分派 gH87e
public void Play(AudioMedia media) ;zy[xg.7
{ ejq2]^O4c
media.Play(); J?/.|Y]e
} O6rrv,+_L
} u<8 f;C_
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)。 {"<6'2T3
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。 ml7nt0{
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: yX:A?U
public abstract class VideoMedia 9G8n'jWyY
{ cY/!z
public abstract void Play(); W}+f}/&l
} .<`W2*1
)c9]}:W&
public class RM:VideoMedia 5`:+NwXS2
{ u15-|i{y7
public override void Play() oicett=5
{ Eyw)f>
MessageBox.Show("Play the rm file."); HVb9YU+
} h&|wqna
} L||_Jsu
ZLA&<]Ad"$
public class MPEG:VideoMedia 6;/>asf
{ ciKkazx.
public override void Play() + -e8MvP
{ }gw
`,i
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 1$,t:/'-4
} gI^);JrTE
} r,p6J7/lfS
nquKeH
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 1VW;[ ocQ
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: AF{k^^|H
K`.wj8zGY
public interface IMedia }qUNXE@
{ 6bL+q`3>
void Play(); ; n2|pC^
} YT;b$>1v
Mwdh]I,#
public abstract class AudioMedia:IMedia .K![<eZ
{ i4TU}.h8
public abstract void Play(); \'(
@{
} $@_7HE3
4}{S8fGk%
public abstract class VideoMedia:IMedia JL~QE-pvD
{ b`Wn98s
public abstract void Play(); z-G|EAON"/
} x}TDb0V
OHnHSb'?\
这样再更改MediaPlayer类的代码: HgG-r&r!2
public class MediaPlayer i<D}"h|
{ %hK?\Pg3=E
public void Play(IMedia media) gi`K^L=C
{ 4XL*e+UfJ
media.Play(); yjvH)t/!.
} )c@I|L
} $[VeZ-
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 DQg:W |A
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 l*[ .
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 myH:bc>6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9IL#\:d1
{ 4 !lbwqo
IMedia media = null; iKB8V<[\T
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +Q, 0kv
{ 7 q<UJIf
case ("mp3"): )>LQ{X.
media = new MP3(); {]ZZ]
break; `n8) o %E9
//其它类型略; 8$avPD3jx
case ("rm"): s~$kzEtjjU
media = new RM(); _>HXQ6Hw
break; UTQ$sg|7p
//其它类型略; ~p~8T
} }~lF Rf
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); OVO0Emv
player.Play(media); [KkLpZG
} k/nOz*
{! RW*B
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 JH2?^h|{
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。 cL*D_)?8
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。 ssW+'GD
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。 6w K=
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: =Mq=\T
public interface IMediaFactory Tgp}k%R~
{ R!xs;|]
IMedia CreateMedia(); )!MeSWGq
} '<f4POy!
HZ=Dd4!
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: 8?W!U*0aS
public class MP3Factory:IMediaFactory 87EI<\mP
{ );$Uf!v4
public IMedia CreateMedia()
'{kNXCnZ
{ pTZPOv#?Q
return new MP3(); 0CY_nn#3
} %"
$.2O@
} #{(?a.:
//其它工厂略; !mpRLBH
D8_m_M|P
public class RMFactory:IMediaFactory xMtl<Na
{ ?n/:1LN,
public IMedia CreateMedia() %iIryv;
{ _jef{j
return new RM(); KtHh--j`
} D_O%[u}
} I"3Qdi
//其它工厂略; ?)Lktn9%
5(>m=ef"
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 lfu1PCe5
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ^BjwPh4Z#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) DVD}
{ O7j$bxk/^
IMediaFactory factory = null; J{$C}8V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) BW:&AP@B
{ 5L|yF"TI#
//音频媒体 AEK * w4
case ("mp3"): [8Ub#<]]
factory = new MP3Factory(); [w~teX0!
break; N;D(_:^
//视频媒体 e~J% NU '&
case ("rm"): q=bJ9iJsq
factory = new RMFactory(); qsFA~{o.
break; oypq3V=5
//其他类型略; XPzwT2_E
} }*$-rieg
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ".v9#|
player.Play(factory.CreateMedia()); >U"f1q*$
} .x6*9z#q
%xLziF
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。 +d\"n
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: 1SkGG0
W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \WouTn
{ KK]AX;
IMediaFactory factory = null; 7*^\mycv
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sx8mba(
{ n_v c}ame
case ("mp3"): '.atbl
factory = new MP3Factory(); m*P~X*St
break; 9R>A,x(
//其他类型略; /j
-LW1:N
case ("rm"): \UJ:PW$7
factory = new RMFactory(); o&*1Mx<+
break; wx(|$2{h
//其他类型略; NNutpA}s
} 3-32q)8
IMedia media = factory.CreateMedia(); UOF5&>MLb
media.Play(); S~YrXQ{_>-
} |Uy hH^
(5-"5<-@R
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。 `;*=2M<c
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。 -sO EL{
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。 ]9zc[_
!
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: a>sUq["
FlVGi3
<appSettings> I=f1kr
pR
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 4OCz:t
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Ew4DumI
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> RZ|s[bU
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> @z
dmB~C
</appSettings> $+JaEF`8
VbBZ\`b
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: :Iwe> ;}
private void InitMediaType() aU4'_%Y@
{ .eZ4?|at.F
cbbMediaType.Items.Clear(); jc;&g)Rv
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) !SiZA"
{ `U p<;
cbbMediaType.Item.Add(key); u9mMkzgSkP
} sF_.9G)S0
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; "TtK!>!.
} a+\Gz
QHMXQyr(
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ~DqNA%Mb
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) P;hjr;
{ 3m7$$N|
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _sZ/tU@_-K
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); O|7q,bEm^
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Vize0fsD
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, qK|r+}g|&
factoryDllName).Unwrap(); A!iH g__/t
IMedia media = factory.CreateMedia(); gADt%K2#Z
media.Play(); S)g5Tu)
} L=Dx$#|
s}|IRDpp
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。 *i5&x/ds
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: P|HY=RMa
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 s_`wLQ7e
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!