面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) h;6@-\6
,\M'jV"SK
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。 k1<Py$9"
一、传统过程化设计思想 x9=lN^/4
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: -:QyWw/d
public class MediaPlayer `#V"@Go
{ *VUXw@
private void PlayMp3() <KpQu%2(
{ y.Py>GJJ1S
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C{D2mSS
} 4}CRM# W2
.&ZVy{uP
private void PlayWav() {:Q2Itsy
{ |Yx8Ez
MessageBox.Show("Play the wav file."); :1iw_GhJf
} O]>Or3oO
km^AX:r1
public void Play(string audioType) z(ajR*\#
{ B@4#y9`5
switch (audioType.ToLower()) z(xvt>
{ 8P 8"dN[
case ("mp3"): $#!~K2$
PlayMp3(); YANEdH`d
break; +38t82%YWo
case ("wav"): VYwaU^
PlayWav(); s-*XAnot
break; >dM'UpN@
} Wwz>tE
} PIA&s6U
} N P"z
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。 gR+Z"]
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。 ;?rW`e2
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! +0OQ"2^&
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。 {`'b+0[;@
二、面向对象设计思想 5q<kt{06\
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! JsC0^A;fM
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: *,. {Xf
public class MP3 4Vs;Y&t]
{ y|aWUX/a
public void Play() yD KX,
{ L=$P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); fkYQ3d,`
} OV[-m;h|
} Zwcb5\Q
ovl@[>OB
public class WAV l20q(lb
{ o^ 4+eE
public void Play() *n47.(a2i
{ 97g\nq<
MessageBox.Show("Play the wav file."); 'fB `e]_
} dcA0k
} IoX(Pa
L/ZZe5I
Public class MediaPlayer qHj4`&
{ Ut%ie=c
switch (audioType.ToLower()) WRgz]=W3w
{ _w26iCnB{
case ("mp3"): _k}b
MP3 m = new MP3(); ("aYjKk
m.Play(); 3S,pd0;
break; 5xiYCOy
case ("wav"): kSDV#8uZ
WAV w = new WAV(); `XD$1>
w.Play(); q<1@ut
break; K,R Ia0)
} D,7! /u'
} #8`G&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。 R'F|z{8
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) cr!I"kTgD
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。 QEVjXJOt0
public class AudioMedia R =jK3yfw
{ 5t PmrWZ
public void Play() [:o#d`^
{ C?|gf?1p
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); >!$4nxq2>
} +,%x&L&I
} /i]Gg
\)
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)。 eI[z%j[Y*
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: NZ_45/(dx
public abstract class AudioMedia 4M:oa#gh@
{ a}fW3+>
public abstract void Play(); <sTaXaq?
} T4UY%E!0
Y}Ov`ZM!r
public class MP3:AudioMedia !b7H
{ ^a(q7ZfY
public override void Play() u]}Xq{ZN
{ W=DQ6.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); MDlCU
} 4, :D4WYWD
} 7fVVU+y
Uq&|iB#mF
public class WAV:AudioMedia sC#Ixq'ls7
{ iD\joh-C
public override void Play() M,9WF)p)V
{ 0t9G$23
MessageBox.Show("Play the wav file."); Fm@GU
} LR^b?.#>
} IuTTMAt
T}zi P
public class MediaPlayer [-%oO
{ w#o<qrpHf
//根据需要完成任务的单向分派 |[qI2-e l?
public void Play(AudioMedia media) :9)>!+|'
{ l+#`
media.Play(); LWW0lG!_F
} Wbc %G8
} mX#T<_=d
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 zR/ATm]9
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 <sPB|5Ak
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: AXJC&O}`
public abstract class VideoMedia \UiuJ+
{ ubgq8@;
public abstract void Play(); A*$vk2VWw
} wM|-u/9+
?GFVV ->i
public class RM:VideoMedia -wO`o<
{ # ><.zZ
public override void Play() Ao,lEjN I
{ {!,+C0
MessageBox.Show("Play the rm file."); ='mqfGRi>
} k'{lo_
} h.c)+wz/%C
_x:K%1_[
public class MPEG:VideoMedia ?=\h/C
{ 0/%zXp&m
public override void Play() Ar\`OhR
{ #3qkG)
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); {u!,TDt*
} g'I S8@
} &r_:n t
5ogbse"
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。 ;eWVc;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: #)\KV7f!;
vg)zk2O
public interface IMedia yyXJ_B
{ HezCRtxRcc
void Play(); |~>8]3. Y
} c,+oH<bZZs
`T mIrc
public abstract class AudioMedia:IMedia wp@c;gK7
{ t!K|3>w
public abstract void Play(); tV<Au
} t!PFosFp
1e&`m~5K+
public abstract class VideoMedia:IMedia rm2TWM|
{ KLoHjBq
public abstract void Play(); BtjsN22
} *:_.cbo
]-0
&[@I4@
这样再更改MediaPlayer类的代码: 2Ay2
G-
public class MediaPlayer q k !Q2W
{ O ~"^\]\
public void Play(IMedia media) 9zX\ioT
{ ^+}<Q#y-
media.Play(); 8sL7p4
} F35e/YfG
} \tQRyj\|
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 'vh:(-
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。 v!W,h2:J
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。 Kyv$yf9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ArF+9upGY
{ k6dSj>F>
IMedia media = null; }+u<^7$g|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j|
257D
{ {6~W2zX&
case ("mp3"): f}@]dF r
media = new MP3(); d`2VbZC`
break; %T88K}?=
//其它类型略; C=.
case ("rm"): bd%/dr
media = new RM(); z/;NoQ-
break; Qx
{/izc
//其它类型略; ptUnV3h
} W/+|dN{O+g
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ql],Wplg
player.Play(media); !QYqRH~5
} fIFB"toiPE
Rk"_4zJk
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (}}BZS&.
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。 F n6>n04v
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。 G66vzwO
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。 0C3CqGP
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: =m:0#&t,*
public interface IMediaFactory x; :[0(st}
{ ZY{,//
IMedia CreateMedia(); m!v`nw ]
} Mj[v _&N
iS02uVmBZ
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: Mq6"7L
public class MP3Factory:IMediaFactory ~uV.jh
{ G`w7dn;&
public IMedia CreateMedia() Tl 9_Wi
{ \+
K
^G
return new MP3(); g{dyDN$5|w
} <~f/T]E,
} 2<<,aL*
//其它工厂略; GT*\gZ
B<+}_3.
public class RMFactory:IMediaFactory IUI>/87u
{ 3dC8MKPq0
public IMedia CreateMedia() m,Os$>{Ok
{ Z!tt(y\
return new RM(); rjfQ\W;}U
} x@Q}sW92
} qc@CV:
//其它工厂略; sgFpZk
E@t^IGDr
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。 +\Rp N
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: 27gK
Y
Zf;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +|\dVe.
{ 1)M3*h3
IMediaFactory factory = null; L{osh0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 670g|&v.
{ Pgb<;c:4
//音频媒体 1P&c:n
case ("mp3"): R$NH [Tz
factory = new MP3Factory(); WCU[]A
break; Wrt3p-N"D
//视频媒体 HlLF<k~}
case ("rm"): NNS n]LP
factory = new RMFactory(); Gv3a<Knn4
break; ~[l2"@
//其他类型略; G^oBu^bq~
} Xv6z>z.
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); = R; 0Ed&b
player.Play(factory.CreateMedia()); &yWl8O
} X+Xjf(
pX|\J>u)
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。 6i, d|
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: 0l{').!_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;PGC9v%i
{ j2g#t
IMediaFactory factory = null; }h EBX:-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cd]d[{NJ;
{ j[9xF<I
case ("mp3"): IZniRd;
factory = new MP3Factory(); iiKFV>;t/
break; (lT
H EiX
//其他类型略; ME{i-E4
case ("rm"): \2pJ ]
factory = new RMFactory(); $0NWX
break; d{I|4h
//其他类型略; lzw3 x
} @UE0.R<
IMedia media = factory.CreateMedia(); [Kx_ %Le
media.Play(); 2r<UYB
} ^=}~
ngn%"xYX
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。 ,r+=>vre
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。 pu,/GBG_
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。 uXyNj2(d.
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: G{$9e}#
_hK7hvM>
<appSettings> o~ 2bk<]z
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> +.mIC:9
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !nC Z,
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> B$_F)2%m;
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> l&^9<th
</appSettings> DTI+VY.W^
,b KA]#(2
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: :$j!e#?=
private void InitMediaType() ]Y}faW(&Y
{ I?Hj,lN
cbbMediaType.Items.Clear(); (SU*fD!t
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
YNH>^cD1
{ 3@\vU~=P:
cbbMediaType.Item.Add(key); [AfV+$
} (/Hq8o-Fw
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; GL9R
5
} (+q?xwl!N
o#4Wn'E
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: VEd\*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cg}46)^<QH
{ !nU
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); KSc&6UVz^
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); "u3
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 'h([Y8p{
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, )|q,RAn
factoryDllName).Unwrap(); RHz'Dz>0
IMedia media = factory.CreateMedia(); VsNqYFHes&
media.Play(); ?so3Kj6H
} T<mk98CdE
K&Ht37T
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。 9L*gxI>
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: ,iB)8Km@U
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [="moh2*f
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!