面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) I\_ R&
v
=k
z;CS+
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。 A
3l1$t#w
一、传统过程化设计思想 ` {p5SYj
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: {ig@Iy~DT
public class MediaPlayer ?W(f%/B#
{ pFuQ!7Uk
private void PlayMp3() moGbBkO
{ {mDaK&]Oh
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); b8Qm4 b?:4
} c/u;v69r
=[,adB
private void PlayWav() zV]0S o
{ :Z)s'd.
MessageBox.Show("Play the wav file."); fiZ8s=J
} VF-d^AGt
fjb2-K
public void Play(string audioType) {D@y-K5
{ U6Qeode
switch (audioType.ToLower()) ATU@5,9
{ BC+HP9<]
case ("mp3"): `C1LR,J
PlayMp3(); d7&PbITN
break; xfzR>NU
case ("wav"): CY:pYke=
PlayWav(); VYwaU^
break; ~?p
> L
} !\m.&lk'^
} 3B0%:Jj
} (#:Si~3
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `XnFc*L 1
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ns3k{l#
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 4Vs;Y&t]
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 ;(sb^O
二、面向对象设计思想 &$=F$
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! Zwcb5\Q
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: l20q(lb
public class MP3 M]W4S4&Y=
{ 5Ql6?UHD
public void Play() h3:,Gbyap
{ CR/LV]G
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); H0Tt(:.&
} T&c[m!}X|t
} 7+c@pEU]
r'8e"pTi
public class WAV suVS!}
C
{ ~q/`Z)(yc
public void Play() *cd9[ ~
{ 5mV'k"Om#"
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;8A_-$
} H$;\TG@,
} ,"/_G
]
=D+a&
Public class MediaPlayer !>+
0/
{ C$5v:Fk
switch (audioType.ToLower()) ;HC"hEc!
{ 83dOSS2
case ("mp3"): Pk,^q8;
MP3 m = new MP3(); FUH1Z+9
m.Play(); ^b%AwzHH}
break; 1/gh\9h
case ("wav"): 3drgB;:g`
WAV w = new WAV(); Y5;:jYk#<_
w.Play(); q q`UvU
break; 8'YL!moG|
} /#X O!%=7
} X2{3I\'Ft
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Q=dR[t>^
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) u66w('2
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Y}Ov`ZM!r
public class AudioMedia &8 (2U-
{ G0^PnE0-
public void Play() f ZISwr
{ _E~uuFMn*R
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); OS!47Z /q
} 4, :D4WYWD
} 7fVVU+y
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Uq&|iB#mF
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: \!%3giD5!
public abstract class AudioMedia a5)+5
{ 2q#$?qs_b
public abstract void Play(); Ft]sTA+C
} %jkd}D
| zA ey\
public class MP3:AudioMedia cB<Zez
{ gt
?&!S^
public override void Play() T.xW|Iwx
{ CzK
X}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rF5<x3
} UeVF@rw
} 6"wY;E
ZHZ>YSqCS
public class WAV:AudioMedia )JjfPb64
{ z`BRz&
public override void Play() Fb_~{q
{ j/W#=\xz
MessageBox.Show("Play the wav file."); )S`A+M K]
} M_PL{
} lmod8B
3:C *'@
public class MediaPlayer MXhS\vF#m
{ 9|go`^*.
//根据需要完成任务的单向分派 /E*P0y~KTW
public void Play(AudioMedia media) )~Q$ tM`
{ TKmC/c
media.Play(); UqAvFCy
} w0.#/6
} Um|:AT}`^
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)。 u-? &~WA
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。 a E#s#Kv
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: =e4,)Wd9&
public abstract class VideoMedia ve>8vw2
{ Ar\`OhR
public abstract void Play(); #3qkG)
} {u!,TDt*
gU8'7H2
public class RM:VideoMedia &r_:n t
{ 5ogbse"
public override void Play() ;eWVc;H
{ aB$Y5
MessageBox.Show("Play the rm file."); ";GLX%C!{@
} %xY'v$
%
} F:\y#U6"J
tvg7mU]l
public class MPEG:VideoMedia _{A($/~c?
{ Fa;CWyt
public override void Play() \h"s[G zq
{ 10a=[\ Q
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); F6fm{
} F'Wef11Yz
} {}.c.W+
Z{e5 OJ
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 'SuYNA)
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 1sgoT f%
J${wU@_%
public interface IMedia v7g-M
{ QN0Ik 2L
void Play(); #$8tBo
} +tuC845
l jNd!RaB
public abstract class AudioMedia:IMedia wi&m(f(~
{ ' rXkTm1{
public abstract void Play(); R=E )j^<F
} 9'T(Fc
)2R:P`U
public abstract class VideoMedia:IMedia Kyv$yf9
{ $H5Xa[
public abstract void Play(); HC$_p,9OV
} /+3|tb
8I@_X~R
这样再更改MediaPlayer类的代码: (+9@j(
public class MediaPlayer D,J's(wd
{ }F^c*xt[
public void Play(IMedia media) aE:fMDS|x
{ &gq\e^0CRZ
media.Play(); Ble <n6
} h883pe=
} Qx
{/izc
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ptUnV3h
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。 W/+|dN{O+g
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。 ql],Wplg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !QYqRH~5
{ fIFB"toiPE
IMedia media = null; Q~`]0R159e
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (}}BZS&.
{ F n6>n04v
case ("mp3"): G66vzwO
media = new MP3(); 0C3CqGP
break; =m:0#&t,*
//其它类型略; x; :[0(st}
case ("rm"): ZY{,//
media = new RM(); m!v`nw ]
break; Mj[v _&N
//其它类型略; tdEu4)6
} '?q|7[SU
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Yj;$hV8j(
player.Play(media); G`w7dn;&
} Tl 9_Wi
{Rbc
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Ll&Y_Ry
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 }"_S;[{d
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 %vMi
kibI
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 YsLEbue
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: #K
]k
public interface IMediaFactory /EWF0XV!
{ #OG_OI
IMedia CreateMedia(); 1!,lI?j,
} HSyohP8 7
}>SHTHVye
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: WtdWD_\%Y\
public class MP3Factory:IMediaFactory ;c~6^s`2
{ \Q]2Zq
public IMedia CreateMedia() tTC[^Dji
{ b[H& vp
return new MP3(); 8r+R~{
} , Lhgv1
} wS8qua
//其它工厂略; MX
qH
:fo%)_Jc!
public class RMFactory:IMediaFactory +xB!T1pD
{ 3_ObCsJ#,
public IMedia CreateMedia() lO)p
{ <+C]^*j
return new RM(); k4s >sd3 5
} NaLec|6<t
} ~^:/t<N
//其它工厂略; F@&q4whaVD
OyFBM>6gh
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ^-mz!{
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: T|r@:t[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
S+_}=25
{ tOS%.0W5J
IMediaFactory factory = null; HuCH`|v-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i3N _wv{
{ rAk*~OK
//音频媒体 '^n2]<
case ("mp3"): ^uC1\!Q1
factory = new MP3Factory(); ZA+$ZU^
break; J?u",a]|H"
//视频媒体 <#LHL
case ("rm"): 5"k_Ms7R,
factory = new RMFactory(); vY6eg IO
break; mI"`.
//其他类型略; pn>zuHe
} pT:CvJ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); &A]*"lt|w
player.Play(factory.CreateMedia()); J3g>#N]='(
} lzw3 x
hP,SvN#!2
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。 0}-&v+
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: 0g~WM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^=}~
{ T&6{|IfM_
IMediaFactory factory = null; :>;-uve8'
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /w`{]Ntgu
{ C
KBLM2D
case ("mp3"): pu,/GBG_
factory = new MP3Factory(); uXyNj2(d.
break; G{$9e}#
//其他类型略; t&eY+3y,T
case ("rm"): zH}u9IR3`
factory = new RMFactory(); D3vd O2H
break; ,m9Nd "6\
//其他类型略; A:0
} L*Xn!d%
IMedia media = factory.CreateMedia(); wnN@aO6g*
media.Play(); _|x%M}O},
} %t`a-m
hQ#'_%:
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。 k-Le)8+b
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。 ) yRC$7I
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 t-3wjS1v
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ?9
m3y0
Y+F$]!hw
<appSettings> GL9R
5
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> (+q?xwl!N
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> o#4Wn'E
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> VEd\*
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> i=#r JK=
</appSettings> u,*$n'l]
\/. Of]YQ
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 4cTJ$" v
private void InitMediaType() 0`3ey*
{ &W)ks
cbbMediaType.Items.Clear(); Z#3wMK~
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) fZ 17
{ e}-uU7O
cbbMediaType.Item.Add(key); Wi'BX#xCB
} W9ZT=#>)[
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; qL,QsRwN
} 8~Rja
=3^YKI
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: mv)M9c,`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N|WnUlf]:
{ x{&0:|bCs6
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); A|c :&i
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); $Vlfg51 ob
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~BaU2S@y
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, oy;N3
factoryDllName).Unwrap(); |bVNlL"xN
IMedia media = factory.CreateMedia(); -~p@o1k0
media.Play(); (TDLT^
} 8n,i5>!d
Z"mpE+U*
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。 h,\^Sb5AP
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: pIqPIuy
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 1e _V@Vy
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!