面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) kJ}`V
Hn"RH1Zy
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。 x;d6vBTUb
一、传统过程化设计思想 6{b>p+U
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: IJ"q~r$
public class MediaPlayer pnOAs&QAm
{ oPM96
(
private void PlayMp3() o*H<KaX
{ bd-L`={j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7NGxa6wi
} `;C V=,M
5;EvNu
private void PlayWav() L4HI0Mx
{ /4Gt{ygSr
MessageBox.Show("Play the wav file."); jLluj
} R/YqyT\SM
5]0<9a
public void Play(string audioType) %h@EP[\
{ &8lZNv8;(p
switch (audioType.ToLower()) e"<OELA
{ VPo".BvG6
case ("mp3"): ,zjv7$L
PlayMp3(); ":ue-=&M
break; MTn{d
case ("wav"): (<9u-HF#
PlayWav();
8A#;WG
break; 4hj|cCrO
} =^?/+p8k
} 4pvMd
} hgq;`_;1,
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ZECfR>`x
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 e^voW"?%
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! hVY$;s
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。 2+XAX:YD
二、面向对象设计思想 ygcm|PrS
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! MQ2}EY*A
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: upmx $H>
public class MP3 mfr|:i
{ z{QqY.Gu{G
public void Play() ~"!fP3"e
{ B@ EC5Ap*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Z`i(qCAd(
} %N._w!N<5n
} 6gDN`e,@
L4W5EO$
public class WAV R|(a@sL
{ ;$4\e)AB
public void Play() RRJ%:5&
{ 8s@3hXD&
MessageBox.Show("Play the wav file."); >t+P(*u
} nw<uyaU-t
} [a(#1
xmoxZW:
Public class MediaPlayer :3 mh@[V
{ %cn<ych
G
switch (audioType.ToLower()) dZuOrTplA
{ UEL_uij
case ("mp3"): 307I$*%W
MP3 m = new MP3(); KI.hy2?e
m.Play(); vY3h3o
break; A#,ZUOPGH
case ("wav"): ~W/z96'
5
WAV w = new WAV(); X?Q4} Y
w.Play(); h";L
break; 53h0UL
} #'}*dy/
} :`sUt1Fw.
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。 h68 xet;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) &p,]w~d,U
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。 MdF2Gk-9
public class AudioMedia (9)Q ' 'S
{ ]:n,RO6
public void Play() ['D]>Ot68
{ <_+X 88
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); BA.uw_^4
} XjBD{m(
} 7_t'( /yu
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)。 LzL
So"n
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: E{(;@PzE
public abstract class AudioMedia xIn:ZKJ'
{ :4|4 =mkr
public abstract void Play(); !)$Zp\Sg
} ~TtiO#,t
{;oPLr+Z
public class MP3:AudioMedia J}t%p(mb
{ -?a 26o%e
public override void Play() ]M3yLYK/P
{ k?}Zg*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U0+-W07>
} MQ2_`pi
} mE[y SrV
V]^$S"Tv
public class WAV:AudioMedia X8\GzNE~R
{ !r-F>!~
public override void Play() Q2>gU#
{ :Dp0?&_
MessageBox.Show("Play the wav file."); F'Z,]b'st3
} w-jVC^C]
} )/P}?`I
}m8q}~>tL
public class MediaPlayer uAk.@nfiEv
{ ?7A>+EY
//根据需要完成任务的单向分派 a q-~B~c`g
public void Play(AudioMedia media) GvAb`c=
{ xz]~ jL@-]
media.Play(); a'T;x`b8U,
} dr"1s-D4IQ
} ~J]qP #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)。 rl.}%Ny
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。 VEH>]-0K
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: gGuO
public abstract class VideoMedia 05R@7[GWq
{ HOi`$vX}N
public abstract void Play(); - YBY[%jF>
} E-FUlOG&
A@'OJRc
public class RM:VideoMedia $~kA
B8z
{ W*G<X.Hf
public override void Play() {`_i`
{ g)B]FH1
MessageBox.Show("Play the rm file."); |y*c9
} Rb;'O89Hj@
} \<K5ZIWV
zm# ?W
public class MPEG:VideoMedia iow"n$/
{ QV8g#&z
public override void Play() $VR{q6[0S?
{ i~72bMwsA
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); <ZW-QN4
} XP}<N&j
} A}w/OA97RO
?A0)L27UE&
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。 sos5Y}
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: z9"U!A4
.Y|!:t|
public interface IMedia $Kd>:f=A
{ 4e
void Play(); (At$3b6
} @+DX.9
fsXy"#mOkD
public abstract class AudioMedia:IMedia d_CT$
{ VaPG-n>Vf
public abstract void Play(); eH,or ,r
} A(X KyEx
j1Ezf=N6`
public abstract class VideoMedia:IMedia /V By^ L:
{ ABkl%m6xf
public abstract void Play(); "jCu6Rj d
} <Z$J<]I
3gzXbP,
这样再更改MediaPlayer类的代码: yQrD9*t&g
public class MediaPlayer 7:~_D7n
{ q\)-BXw:
public void Play(IMedia media) T{'RV0%
{ 0\$2X- c
media.Play(); 1x^GWtRp
} D'4\*4is
} HT@=evV
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 qP;OaM
CX
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。 W3RT{\
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。 ]'S^]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6B-16
{ t,'<gI
IMedia media = null; h];I{crh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cCX*D_kCB
{ (sj,[
case ("mp3"): [-&Zl(9&
media = new MP3(); >dT*rH 3w
break; kVL.PY\K
//其它类型略; 7z-[f'EIUI
case ("rm"): ^Dx&|UwiZa
media = new RM(); _cwpA#x`}
break; ;kK/_%gN-G
//其它类型略; jdBLsy@
} Pz^544\~ou
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4P0}+
player.Play(media); 11lsf/IP
} D{!IW!w
xC?h2hIt
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <GsuZ
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。 e(yh[7p=
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。 n`KY9[0U=
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。 @pxcpXCy
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: _4f;<FL
public interface IMediaFactory aDCwI :Li(
{ v>56~AJ
IMedia CreateMedia(); 1eKT^bgM
} "5
A!jq
r
:dTz
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: /O9EQ Pm(
public class MP3Factory:IMediaFactory KmF]\:sMD
{ > P)w?:k
public IMedia CreateMedia() r=4eP(w=
{ @WB@]-+J
T
return new MP3(); nP$9CA
} ElXFeJ%[G
} s @C}P
//其它工厂略; =Sv/IXX\di
YK\X+"lB
public class RMFactory:IMediaFactory ])!*_
{ /(LL3cZK
public IMedia CreateMedia() `x|?&Ytmf9
{ +n)9Tz5
return new RM(); (#'>(t(4
} @@%ataUSBT
} q*KAk{kR(v
//其它工厂略; 16 $B>
;nGa.= "L
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。 o}!PQ#`M
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: ME dWLFf
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) UI#h&j5pW
{ ww/Uzv
IMediaFactory factory = null; =#\:}@J5I
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) If.r5z9
{ Q20%"&Xp]
//音频媒体 he4(hX^
case ("mp3"): Y0>y8UV
factory = new MP3Factory(); *2?@
|<(r
break; &FD>&WRV
//视频媒体 iB{V^ksU
case ("rm"): fIF8%J ^3
factory = new RMFactory(); 7 3m1
break; $^P0F9~0
//其他类型略; ZW}_DT0
} l,8##7
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4z? l
player.Play(factory.CreateMedia()); Jb(H %NJ
} PM+[,H
$?Wb}DU7_L
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 G2Zer=rC
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: *or(1DXP8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]oxZ77ciL
{ "fI6Cpc
IMediaFactory factory = null; '%D7C=;^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c:0L+OF}xY
{ / +\9S
case ("mp3"): 6pzSp
factory = new MP3Factory(); s CRdtP
break; OH88n69
//其他类型略; Z7#+pPt!
case ("rm"): N0lC0
N?_J
factory = new RMFactory(); eJSxn1GW
break; jF>[?L
//其他类型略; <m m[S
} i$@:@&(~Y
IMedia media = factory.CreateMedia(); rc{v$.o0
media.Play(); yLGRi^d#
} N$DkX)Z
VnzZTGs
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。 d@^ZSy>L2
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。 u"8yK5!
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。 Q@niNDaW2
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: zTp"AuNHN
hc1N~$3!G
<appSettings> =WLY 6)]A
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> SIllU
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> yr6V3],Tp
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> "zc l|@
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> nEfK53i_
</appSettings> <[v[ci
[ }:$yg
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: nu^436MSOa
private void InitMediaType() ]yu:i-SfP
{ G6/m#
cbbMediaType.Items.Clear(); >0gW4!7Y
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) pJ=#zsE0
{ ;*N5Y}?j'
cbbMediaType.Item.Add(key); ),)lzN%!
} <GJbmRc|
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; m[$_7a5
} u y+pP!<
/{[o~:'p
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: mR~&)QBP.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [Zrr)8A
{ XG?8s
&
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GVz6-T~\>
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); G)YcJv7
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; *_e3 @g
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 7P
T{lT
factoryDllName).Unwrap(); *I+Q~4
IMedia media = factory.CreateMedia(); b'g )
media.Play(); ,I9bNO,%JK
} BWNi [^]
>eaaaq9B-
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。 No$3"4wk
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: bLL2
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 \^LFkp
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!