面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) |JTDwmR
k]yv#Pa
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。 Ir3|PehB
一、传统过程化设计思想 /UiB1-*b
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: tMr$N[@r
public class MediaPlayer fl<j]{*v
{ Y,d|b V*FH
private void PlayMp3() PsI{y&.
{ I7jIA>ZZi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); RBOhV/f
} )Tad]Hd"W
UymhBh
private void PlayWav() H^8t/h
{ >2;KPV0H
MessageBox.Show("Play the wav file."); J*]JH{
} scR+F'M
%)j^>W5
public void Play(string audioType) juBzpQYj
{ v{TISgZ
switch (audioType.ToLower()) _tVrLb7`s
{ 8^"P'XQ
case ("mp3"): {m5R=22^
PlayMp3(); }o9(Q8
break; Y'M}lv$sa
case ("wav"): qf6}\0
PlayWav(); 3Ho<4_I,
break; zj9aaZ}
} NI%
()
} RBM4_L
} .=-K7.X.)
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。 J0"<}"
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。 3RTraF
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! eA(c{
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。 DV!) n 6
二、面向对象设计思想 K# dV.
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! f;
1C)
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: ;qT7BUh(%
public class MP3 jNA^
(|:
{ N2^B
public void Play() mMEa*9P
{ *"D8E^9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); "m:4e`_dz
} ndIU0kq3
} W+0VrH
0F
Gp/yr
public class WAV l;dZJ_Ut$
{ bLysUj5[5
public void Play() fscAG\>8
{ *XK9-%3
MessageBox.Show("Play the wav file."); C +%&!Q
} >"Z^8J
} lr[a~ca\
;y7V-sf
Public class MediaPlayer E Cx_
[|3{
{ o AkF
switch (audioType.ToLower()) ?5#Ng,8iT
{ 6.Nu[-?
case ("mp3"): -k
p~pe*T
MP3 m = new MP3(); Q/6T?{\U7
m.Play(); AC=cz!3iB
break; ei;wT
case ("wav"): jK#y7E
WAV w = new WAV(); ^CTgo,uf6H
w.Play(); v.)'be*u
break; e0HG"z4
} ?#xNz=V
} p#O#MN*
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。 >\K<q>*
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) yUQ;tTI
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。 %|Gi'-'|b$
public class AudioMedia a2UER1Yp"
{ b]~X
U
public void Play() jt
tlzCDn
{ ~*Ve>4
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); q#I/N$F
} {O#=%o[
} a<sEd p
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)。 b=-<4Vu*\
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: 1[J&^@t[h6
public abstract class AudioMedia R+gh 2
6e
{ k\Oy\z@
public abstract void Play(); 29u"\f a
} Hy|$7]1
R8Lp8!F'
public class MP3:AudioMedia i+Px &9o<9
{ Mmbb}(<
public override void Play() w@X<</`
{ }Nl-3I.S^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); zkI\ji
} "2
ma]Ps
} N|z-s
JE9|;A
public class WAV:AudioMedia hBz~FB];&
{ WY?(C@>s
public override void Play() h;^h[q1'
{ 4cr
>sz
MessageBox.Show("Play the wav file."); +T
[0r
} V(=~p[
} k^p|H:
r{#od
7;
public class MediaPlayer ' ,a'r.HJH
{ g>_6O[;t%
//根据需要完成任务的单向分派 ,@khV
public void Play(AudioMedia media) 8QE0J$d5
{ 6QLWF@
media.Play(); Ii,e=RG>
} w-AF5%gX
} $s/N;E!t
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 :tedtV~
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 q<@f3[A
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ?>1AT==wI
public abstract class VideoMedia KR^lmN
{ fS>W-
public abstract void Play(); {e/12q
} .YYiUA-i9n
{<\nl#}5S
public class RM:VideoMedia HN7(-ml=B
{ 6|V713\
public override void Play() H2BD5
{ U-QK
MessageBox.Show("Play the rm file."); jJQ6]ucwa
} Pg{Dy>&2`I
} Dq)V] Zx
`wj<d>m
public class MPEG:VideoMedia WPs6)8
{ "_WOtJr
public override void Play() }enm#0Ha
{ qF C0$:z&
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); "#\\p~D/<
} |=fa`8mG
} i%w[v_j
i eQQ{iGJH
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。 8MqKS}\H
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: aqJ>l}{
6yH(u}!.
public interface IMedia 0aj4.H*%
{ 8 SFw|
void Play(); 6?\X)qBI
} ?=$=c8xw
f/+UD-@%m
public abstract class AudioMedia:IMedia &(&5ao)5
{ K@d, 8 [
public abstract void Play(); o&WKk5$
} H|@R+
nG Bjxhl
public abstract class VideoMedia:IMedia [OTZ"XQLI
{ cow]qe6K
public abstract void Play(); FH Hi/yh
} 7Qoy~=E
+,wCV2>\3
这样再更改MediaPlayer类的代码: Dq$co1eT
public class MediaPlayer 9pY`_lxa>
{ @)hrj2Jw
public void Play(IMedia media) 8AX+s\N
{ 85fv] )\y
media.Play(); '5V#sq;Z
} X.YMb
.\<
} ;Xzay|
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 gp?|UMA9.
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 fxR}a,a
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。
n-%8RV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IQ9jTkW l
{ vWM'}(
IMedia media = null; QqS?-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ku
W$
{ 9F*],#ng
case ("mp3"): [u=DAk?8
media = new MP3(); g;M\4o
break; #_zd`s3k
//其它类型略; 'yq'J)
case ("rm"): ]0g%)f uMf
media = new RM(); O8J:Tw}M*
break; ;~Em,M"o
//其它类型略; e 1k\:]6
} fK$N|r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); FyZ iiH4|
player.Play(media); uy,ySBY
} N,><,7!q$,
Yg;g!~
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 %;.|?gR
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。 r|Y|uv0
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。 328(W
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。 ZS uMQ32
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: `9QrkkG+
public interface IMediaFactory F:/R'0
{ zXB]Bf3TH
IMedia CreateMedia(); ta+'*@V+G
} {-rK:*yP'u
5L<}u`0J
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: Av*R(d=`
public class MP3Factory:IMediaFactory yaf&SR@7k{
{ kWfNgu$xK
public IMedia CreateMedia() S.+)">buH
{ cU25]V^{\
return new MP3(); ~Exd_c9
} %iI0JF*Ez
} h^P>pI~
//其它工厂略; B{ NKDkDH
D PnKr/
public class RMFactory:IMediaFactory z[Kxy1,
{ SaEe7eHd
public IMedia CreateMedia() u[U~`*i*rA
{
0k5Zl?
return new RM(); @hm%0L
} F|V_iC+
} #hd<5+$U}l
//其它工厂略; Fm-W@
N|Ua|^
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。 |Xd[%W)
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: ^V_acAuS^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /^uvY
{ $2>tfKhtA
IMediaFactory factory = null; X@9_ukdpu
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) M)EKS
{ B0 q![
//音频媒体 FEaf&'G]
case ("mp3"): nQ$N(2<Fe
factory = new MP3Factory(); mZ/B:)_
break; }%k"qW<Y
//视频媒体 6-KC[J^Xo
case ("rm"): kOdS^-
factory = new RMFactory(); p6Z]oL q
break; "mPa>`?
//其他类型略; VpVw:Rh>
} -S,dG|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); "apv)xdW
player.Play(factory.CreateMedia()); FJ U)AjS~
} 5\4>H6
2{V|
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。 M;iaNL(
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: {eZj[*P
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) NXmj<azED
{ RDqC$Gu
IMediaFactory factory = null; -+PPz?0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) bs`/k&'
{ P)\f\yb
case ("mp3"): 8U(a&G6gn
factory = new MP3Factory(); {a_L
/"7
break; yv:NH|,/y
//其他类型略; jU#%@d6!#
case ("rm"): <bjy<98LT
factory = new RMFactory(); 'PYl%2
break; 3+$O#>
//其他类型略; cq=R
} C=b5[, UCB
IMedia media = factory.CreateMedia(); .XE]vo
media.Play(); K5ph x
} 7,zARWB!?
W#[!8d35$
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!/@*[Nhh
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。 SMyg=B\x?7
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。 ]@>|y2
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: kWd'gftQ
3^Zi/r
<appSettings> YYHm0pc
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> pA'A<|)K0
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> b nGA.b
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Z-@}~#E
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" />
.D.Rn/
</appSettings> L
~w=O!
oK6lCGM5
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: (PcK(C!}=\
private void InitMediaType() 1m;*fs
{ b6&NzUt34V
cbbMediaType.Items.Clear(); aG_ON0g
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) RJwIN,&1.
{ od*Z$Hb>'
cbbMediaType.Item.Add(key); j#t8Krd] "
} 1D p@n
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Qk.Q9@3W
} 9zYiG3 d
7G(f1Y
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: LG{inhbp
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 92]ZiL?k
{ U?mf^'RE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); $>"e\L4Kp
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 2?- 07 g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; h^+C)6(58n
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, RF~Ofi
factoryDllName).Unwrap(); 0vuKGjK
IMedia media = factory.CreateMedia(); yvd
`nV
media.Play(); h!G^dW.
} S1^nC tSF
kg:
uGP9
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。 9Ue7
~"=
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: /X^3=-{8
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 q)V1{B@
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!