面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 1:YDN.*
b,T=0W
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。 Z+t?ah00
一、传统过程化设计思想 c'`7p/l.
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: |nry^zb
public class MediaPlayer w0/W=!_
{ l$m^{6IYc
private void PlayMp3() Zy*}C,Z
{ 3{M IBMA
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e@]cI/j
} oE)c8rE
oK5(,8
(4
private void PlayWav() -<z'f){gb
{ " "a+Nc
MessageBox.Show("Play the wav file."); D{BH~IM
} :Yz.Bfli
}T,E$vsx
public void Play(string audioType) D4#,9?us
{ Arp4$h
switch (audioType.ToLower()) @D"|Jq=6P
{ [9(B;;R@
case ("mp3"): "6KOql3
PlayMp3(); Cc Ni8Wg_
break; PYz| d
case ("wav"): $Uewv
+
PlayWav(); |xKB><
break; ;;nmF#
} D@
=.4z
} 3;:xEPb._6
} 4zf#zJw
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。 H8\{GGg
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。 ) ]~HjA;
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! %< j=&
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。 kI[EG<N1k
二、面向对象设计思想 bjT0Fi0-
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! APc@1="#J
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: eazP'(rc
public class MP3 ;4qalxzu
{ ae!_u
\$
public void Play() Be]o2N;J
{ W2^eE9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); A{+ZXu}
} -;~_]t^a
} #='#`5_5
tQl=
public class WAV x~{m%)I
{ IBF>4qm"
public void Play() 5<a<!]|C
{ 1}ToR=
MessageBox.Show("Play the wav file."); [e^i".
} ;N1FP*
} k2+Z7#2n
}<Me%`x"
Public class MediaPlayer m",bfZ
{
?5GjH~
switch (audioType.ToLower()) *@BBlkcx
{ (Q&z1XK3
case ("mp3"): /:USpuu
MP3 m = new MP3(); 'Gt`3qG
m.Play(); Bf*
F^
break; SfR!q4b=
case ("wav"): pEaH^(I*
WAV w = new WAV(); }oU&J81
w.Play(); S7SPc
break; (6A{6_p
} rpXw 8
} _9gn;F
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。 \Fe5<G'v
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) zO\"$8q*
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 X0P$r6 ;
public class AudioMedia >C&!#
3
{ ^a}{u$<
public void Play() v0xi(Wu
{ H{ $ yy)@F
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); "1nd~
BBOw
} j68Gz5;j
} hs*:!&E
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)。 {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: 02+^rqIx5
public abstract class AudioMedia r-0
7!A
{ 1%:A9%O)t
public abstract void Play(); gSv<.fD"
} $N
]P#g?Q
W ][IHy<
public class MP3:AudioMedia p,0 \NUC
{ 9"aTF,'F/
public override void Play() v m$v[
{ zld>o3K}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); gI%n(eY
} |JDJ{;o
} nbRg<@
UM]wDFn'E
public class WAV:AudioMedia DxD0iJ=W
{ FG(`&S+,
public override void Play() V , "'k<y
{ h}d7M55#|
MessageBox.Show("Play the wav file."); =0-qBodbl
} H9Z3.F(2
} E:tUbWVp
rTJWftH!
public class MediaPlayer 8]L.E
{ R.QcXz?d
//根据需要完成任务的单向分派 Eg:p_F*lr
public void Play(AudioMedia media) Y\=:j7'
{ 3k(?`4JJ
media.Play(); !6%mt} h
} %In"Kh*
} h=tY 5]8
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)。 E}GSii%S
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。 /6fPC;l
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: M#p,Z F
public abstract class VideoMedia 'GyPl
{ =1(BKk>
public abstract void Play(); (l,o UBRr
} sDC RL%0QK
?|/}~nj7
public class RM:VideoMedia f:SF&t*
{ }:irjeI,
public override void Play() |)_R
bqZ
{ %xruPWT:k
MessageBox.Show("Play the rm file."); &Y>u2OZ
} ^/uGcz|.
} 5a&wM
y{sA[ "
public class MPEG:VideoMedia 4ca-!pI0
{ R;yAqr29
public override void Play() E6gEP0b
{ *LVM}| f
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ww2Qa-K
} bi[l ,
} q ha1b$
{P5@2u6S
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。 m0,9yY::wj
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: g}-Z]2(c#
kA_3o)J
public interface IMedia yM2&cMHH~
{ l_%~X9"
void Play(); $^!w`>0C
} v\eBL&WK
a\w|tf
public abstract class AudioMedia:IMedia \2,18E
{ (AYS>8O&
public abstract void Play(); 1sjn_fPz
} U!5*V9T~J
(n/1:'
public abstract class VideoMedia:IMedia )8SP$
{ {+:XVT_+
public abstract void Play(); gT
OMD
} lo: ~~l
^IH1@
这样再更改MediaPlayer类的代码: qrc/Q;$
public class MediaPlayer [//f BO
{ \sd"iMEi
public void Play(IMedia media) C":\L>Ax
{ aC:l;
media.Play(); l'T0<
} p#d UL9
} G,-OH-M!
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 j%;)CV
G"
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。 F21[r!3
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。 Z L</
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ([*t.
{ O:)IRB3
IMedia media = null; ~S6 {VK.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) njMy&$6a##
{ ][nUPl
case ("mp3"): P{eRDQ=
media = new MP3(); #pSOZX
break; sCQup^\
//其它类型略; oNZW#<K
case ("rm"): l`&6W?C
media = new RM(); c5e\ckqm^
break; S$52KOo
//其它类型略; MF}Lv1/[-J
} ?8@*q6~8
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); lM*O+k
player.Play(media); 2H[aY%1T
} =7fh1XnW
"ru1 ;I
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (N|xDl&;
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。 &o@5%Rz2/
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。 k+$4?/A
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 PAV2w_X~
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: ~iZF~PQ1_
public interface IMediaFactory HDyZzjgG
{ \STvBI?
IMedia CreateMedia(); Qu FCc1Q
} X.l"f'`l
~q(C j"7
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: W;dzLgc
public class MP3Factory:IMediaFactory 2gAdZE&Y
{ ,jsx]U/^
public IMedia CreateMedia() Z(mn
U;9{v
{ O^weUpe\
return new MP3(); YO$b#
} @ ^cgq3H'
} [;?{BB
//其它工厂略; )]>
'7] i
b^DV9mO4J
public class RMFactory:IMediaFactory 8'"/gC{
{ }#>d2 =T$
public IMedia CreateMedia() n "KJB
{ _np>({
return new RM(); Uv`v|S:+2
} jjT2k
} 9~'Ip7X,!
//其它工厂略;
MVP)rugU
X]MM7hMuR
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。 [e@OHQM
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: P8 ,jA<W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) u6I0<i_KZ
{ :YXQ9/iRr
IMediaFactory factory = null; W?J*9XQ`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ioa_AG6B
{ <VR&=YJ
//音频媒体 G!LNP&~
case ("mp3"): j_uY8c>3\q
factory = new MP3Factory(); *2
$m>N
break; #'Y6UGJ\n
//视频媒体 a 8hv .43
case ("rm"): (Zn3-t*
factory = new RMFactory(); q\y#
break; Y_3YO2K]
//其他类型略; k;AiG8jb
} V'f5-E0
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); F"f}vl
player.Play(factory.CreateMedia()); Doc'7P
} 'A(-MTd%
b;`#Sea
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 1\J1yOL
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ^=Tu>{uD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) us,,W(q
{ 9
roth
IMediaFactory factory = null; j X!ftm2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UFAMbI
{ hPi
:31-0
case ("mp3"): 0R 5^p
factory = new MP3Factory(); X`v79`g_
break; FlA\Ad;v
//其他类型略; l)PFzIz=V
case ("rm"): b,
**$
factory = new RMFactory(); CE7pg&dJ)i
break; e9hVX[uq
//其他类型略; `MYK XBM
} `Y({#U
IMedia media = factory.CreateMedia(); grfdvN
media.Play();
9q)nNX<$)
} L5qCv -{
19w,'}CGk
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 a0/n13c?G
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 3G/ mB
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ^%8Hvy
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: iMeRQYW
9s6>9hMb)
<appSettings> zmfRZ!Eh
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> %)hIpxOrX
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Or#+E2%1E
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
vH?+JN"A
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> pT;-1c%:
</appSettings> c>WpO Z,
'UXj\vJ3E
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: VRQbf
private void InitMediaType() >7(~'#x8A"
{ :*&9TNUE@
cbbMediaType.Items.Clear(); 73s3-DS,
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >[%.h(h/%
{ pGbFg&
cbbMediaType.Item.Add(key); v!{'23`87
} 7~l
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ;aK !eD$
} u388Wj
$7gB&T.x
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: LY88;*:S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e<O;pM:
{ Fb{`a[&
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); >upXt?
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Aiks>Cyi23
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~ut& U
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Z>w^j.(
factoryDllName).Unwrap(); @F(3*5c_Y
IMedia media = factory.CreateMedia(); ?Str*XA;
media.Play(); Rqb{)L
X*
} LnI{S{]wDh
~q]|pD"\K|
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。 :af;yu
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: "U5Ln2X{J
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 }2BH_
2
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!