面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) b 8>q;
^pj>9%
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。 G%S6$@:
一、传统过程化设计思想 /?Vdqci
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: bMsECA&
public class MediaPlayer 'fIHUw|
{ j?xk&
private void PlayMp3() R\*)@[y9l
{ s2^B(wP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^00{Hd6
} 'f*O#&?
fuMN"T 6%+
private void PlayWav() UgR:qjI
{ #:#Dz.$L
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6a*83G,k
} RwW$O@0
?mMW*ico
public void Play(string audioType) :s"2Da3B
{ wZjlHe
switch (audioType.ToLower()) 'G8 ?'u_)
{ ,HZYG4,
case ("mp3"): za T_d/?J
PlayMp3(); sm
break; )|pU.K9qZ
case ("wav"): JdiP>KXV
PlayWav(); qz`rL#W]
break; ZYa\"zp-
} qEQAn/&
} b,Ke>.m
} }~F~hf>s
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ^LVk5l)\>g
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 4d`+CD C
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! L6+C]t}>6
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 MU1E_"Z)
二、面向对象设计思想 1[ SA15h
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! &cc9}V)M
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: mw4JQ\
public class MP3 -w]/7cH
{ P$ucL~r
public void Play() O#EqG.L5
{ :H?f*aw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \lEkfcc
} zb :kanb-
} =We2^W-{
hm\\'_u
public class WAV u]E.iXp
{ t`YWwI.
public void Play() =u=Kw R
{ qnJ50 VVW
MessageBox.Show("Play the wav file."); Uyk,.*8"
} b9 uBdo@o
} vd (?$
[jrqzB
Public class MediaPlayer T@P!L
{ N*_"8LIfi_
switch (audioType.ToLower()) >b48>@~bY
{ SE)nD@:
case ("mp3"): 51 4Z<omrK
MP3 m = new MP3(); mb1Vu
m.Play(); %
5z
gd>
break; DnFjEP^
case ("wav"): XA{F:%
WAV w = new WAV(); m5*[t7@%
w.Play(); :Fe_,[FR
break; : @6mFTV
} ?:igumeYX
} M'2r@NR8
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。 s bnjy"Z%
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) }pawIf4V
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。 W`M6J}oG
public class AudioMedia |4mVT&63(
{ "3}<8c
public void Play() aSL6zye
,
{ $UvPo0{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); `/4:I
} "^Rv#
} YQd:M%$
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)。 wL3,g2- L
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: $a(`ve|
public abstract class AudioMedia 1~\M!SQ)
{ |m;L?)F<
public abstract void Play(); ER^QV(IvP8
} G1d(,4Xp
pRi<cO
public class MP3:AudioMedia C6jR=@42Q
{ zN!j%T.e
public override void Play() BStk&b
{ kOjf #@c
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D4Etl5k
} aG{$Ic
} a]B[`^`z
cb$-6ZE/
public class WAV:AudioMedia I ~$1Lu`~
{ ;ME)Og
public override void Play() I=Ijdwb H
{ ;Vu5p#,O<M
MessageBox.Show("Play the wav file."); FTf<c0
} 0*F}o)n/m
} :iPym}CE
Riry_
public class MediaPlayer %j+xgX/&
{ ub K7B |p
//根据需要完成任务的单向分派 XP3xJm3
public void Play(AudioMedia media) NM#-Af*pg
{ _}gtcyx
media.Play(); gfg n68k
} x#H
3=YD*
} MX|H}+\
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 :iUF7P1I
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 KbW9s,:p
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: (gXN%rsY
public abstract class VideoMedia =L]Q2V}
{ 1/Zh^foG
public abstract void Play(); OW@\./nM
} ,d_Gn!
v)X\GmW7w
public class RM:VideoMedia YY5!_k
{ H/fUM
public override void Play() %)(Cp-b!
{ #,NvO!j<4
MessageBox.Show("Play the rm file."); 6'-As=iw
} s60
TxB
} BS1Ap
I5ZqB B
public class MPEG:VideoMedia vVxD!EL
{ quxdG>8
public override void Play() v|';!p|
{ CH#k(sy
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B&?sF" Y
} c1XX~8
} EnVuD
9
MXtkP1A`
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 >SbK.Q@ei
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: yd_
(?V&;_
3G}AH E4
public interface IMedia 9&]M**X
{ 7:E!b=o#
void Play(); !ZXUPH
} yV_wDeAz
` uCI Xb
public abstract class AudioMedia:IMedia GX{XdJD
{ G4 _,
public abstract void Play(); |I;$M;'r&
} Di.3113t
07v!Zj
public abstract class VideoMedia:IMedia PJ4(}a
{ #U
mF-c
public abstract void Play(); w8Sv*K
} LPd\-S_rsP
,F6=b/eZ
这样再更改MediaPlayer类的代码: +j14Q$
public class MediaPlayer i]{1^pKq
{ k(VB+k"3
public void Play(IMedia media) >w6taX
{ a?h*eAAc.
media.Play(); ,MPB/j^o5!
} (rtY!<|p
} !A3-0zN!
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 "_UdBG
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。 HeGYu?&
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。 _*M42<wcO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) G"5D< ]
{ n"Veem[_4g
IMedia media = null; x\e;+ubt}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SymwAS+
{ @D^^_1~
case ("mp3"): Bh`N[\r
media = new MP3(); oTjyN\?H
break; X!hIwi A,t
//其它类型略; uQ$^;Pr
case ("rm"): 'wasZ b<^
media = new RM(); DB526O*
[
break; W<ZK,kv
//其它类型略; O) |P,?
} u|#>32kV
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #hfuH=&oh
player.Play(media); /'2O.d0}.
} %q;jVj[
g1E~+@
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 fc=Patg
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。 &.13dq
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。 b3-eR5U/
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。 s.Y4pWd5@
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: Qhi '')Q
public interface IMediaFactory mbRqJT>@
{ F7L &=K$2y
IMedia CreateMedia(); JG[o"&Sd
} sxKf&p;
b+-f.!j
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: MTER(L
public class MP3Factory:IMediaFactory @oF$LMD
{ hf/2vt
m
public IMedia CreateMedia() 5RH2"*8T
{ \@3Qi8u//
return new MP3(); ,21 np
} up3O|lj4
} `i) 2nNJ"
//其它工厂略; 1be %G [*
NgCuFL(Ic
public class RMFactory:IMediaFactory jCAC
`
{ \I-#1M
public IMedia CreateMedia() unJid8Lo
{ -!;l~#K=
return new RM(); Md6]R-l@
} _Y=2/*y^
} xqXDxJlns
//其它工厂略; /&& 2u7*
Tu{&v'!j6
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。 ,:fl?x.X
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: zsU=sTsL
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 93+"D`
{ _zt19%Wg
IMediaFactory factory = null; R+q"_90_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) =~Ynz7 /x
{ jV#ahNq;
//音频媒体 G2LK]
case ("mp3"): )b<k#(i@#
factory = new MP3Factory();
s cuHmY0
break; ~U(,TjJb
//视频媒体 '}g*!jL
case ("rm"): cYx4~ V^
factory = new RMFactory(); x:vu'A
break; 72sD0)?A
//其他类型略; k4qp u=@U
} yc2/~a_Gx
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); l$K,#P<)
player.Play(factory.CreateMedia()); <R%;~) {
} J$4wL
F3
n .!Ym
X4
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。 /vY_Y3k#
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: aK,z}l(N
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9_\'LJ
{ YY?a>j."a
IMediaFactory factory = null; BR'I+lQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0JgL2ayIVI
{ cJM:
case ("mp3"): 2j(h+?N7k
factory = new MP3Factory(); >FhK#*Pa
break; =.y*_Ja
//其他类型略; hjO*~
case ("rm"): `X,yM-(
factory = new RMFactory(); &U+ _ -Ph
break; j8|g!>Nv
//其他类型略; V`adWXu
} *A}cL
IMedia media = factory.CreateMedia(); Qn ^bVhG+
media.Play(); Oz|K8p
} 8 #ndFpu
Lokl2o`
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。 v+jsC`m
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。 Rwr 2gMt7
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。 c}3W:}lW
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: l5+gsEux]
0-LpqX
<appSettings> _k^0m
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> `/Nm
2K
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> K^_i%~
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> e]=!"nJ+
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> tO_H!kP
</appSettings> !6Sd(2
LqdY Qd51
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: 0y&I/2
private void InitMediaType() ZVeaTK4_
t
{ Z):n c% S
cbbMediaType.Items.Clear(); a[lY S{
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) `h}q
Eo`
{ D>Gt]s
cbbMediaType.Item.Add(key); nhG
J
} 4tSv{B/}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; )
'j:
} B\g]({E
x{NX8lN
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: syip; ;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8 6f2'o+
{ 9w9jpe#
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~[k%oA%W
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ~Oe Ppa\
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; N_L,]QT?
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, s:00yQ
factoryDllName).Unwrap(); ??hJEE
IMedia media = factory.CreateMedia(); Og;-B0,A
media.Play(); %3HVFhl
} Kb =@ =Xta
%p&k5:4<"#
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。 ]nhr+;of/-
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: K
~ 44i
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 x\2?ym@
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!