面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) >J5C .hx
\_ V*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。 1<Sg@
一、传统过程化设计思想 VV{>Kq+&,v
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: aeISb83Y |
public class MediaPlayer }T0O~c{$i
{ PY;tu#W!%
private void PlayMp3() Khb Ku0Z
{ AhD C5ue=
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); jU $G<G
} 9QaE)wt
=ecLzk"+F
private void PlayWav() |UlG@Mn
{ Wqkb1~]#Y
MessageBox.Show("Play the wav file."); S=0DQ19
} 0-uw3U<
{#:31)P
public void Play(string audioType) XC5/$3'M&
{ c"v75lW-J
switch (audioType.ToLower()) 6\ yBA_z
{ -OSj<m<
case ("mp3"): xorafL
PlayMp3(); %@Z;;5 L
break; FpiTQC7d
case ("wav"): b8e\( Dww
PlayWav(); u4_QLf@I
break; 3 3|t5Ia
} {"+M%%`*#
} PJcfiRa'jQ
} {9yf0n
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。 BY.k.]/
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。 V
^+p:nP
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! f4fBUZ^ A
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。 f-G)pHm
二、面向对象设计思想 #R{>@]x`
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! 3*&
Y'/!
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: 0:`|T jf_
public class MP3 KW(a@X
{ +i!5<nn
public void Play() wS);KLe3
{ 4;I\%qes
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |DV?5>>
} ~W [I
} ~L"$(^/
$'%GB $.
public class WAV ]
\M+j u
{ @uH!n~QV
public void Play() y-db CYMc
{ {$,\Qg
MessageBox.Show("Play the wav file."); t|$jgM
} $8)XN-%(
} P&uSh?[ ^
)-26(aNGT
Public class MediaPlayer Rh ^(91d
{ H.m]Dm,z
switch (audioType.ToLower()) !JDr58
{ <@<bX
case ("mp3"): MzD1sWmK
MP3 m = new MP3(); a(|6)w-
m.Play(); %(1OjfZc
break; ~<?Zj
case ("wav"): TIKkS*$
WAV w = new WAV(); *3H=t$1G}
w.Play(); _Xt/U>N
break; 16zRe I(
} V9,<>
} 8i154#l+\
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 dMH_:jb
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) GLn=*Dh#
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 r*+~(83k
public class AudioMedia .`}TND~
{ @"@|O>KJ
public void Play() +Yc^w5 !(
{ lN#j%0MaUo
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 1EXT^2!D
} >jX"
} &t^*0/~
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 -67Z!N
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: UDh\%?j
public abstract class AudioMedia (N}-]%#
{ ~;3yjO)l?)
public abstract void Play(); {^z73Gxt,
} (dq_,LI
=/Gd<qz3
public class MP3:AudioMedia . vb##D
{ -N*[f9EJB
public override void Play() Gr\ ]6
{ i%-yR DIX
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q>, &@
} z2iMpZ
} (oGYnN,2
}PBme'kP
public class WAV:AudioMedia ENZym
{ c!ZZMCs
public override void Play() m$p}cok#+S
{ rLsY_7!
MessageBox.Show("Play the wav file."); E`o_R=%
} /_0B5,6R
} )8A.Wg4S;c
! :&SfPv
public class MediaPlayer ,VS\ mG/}s
{ M-nRhso
//根据需要完成任务的单向分派 i1cd9
public void Play(AudioMedia media) 0vqVE]C
{ Wx:v~/r
media.Play(); I=kqkuW
} ZaYiby@Ci
} g8Ex$,\,
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 ,Z~`aHhr
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 !T,<p
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: x4I!f)8Q
public abstract class VideoMedia tnJ7m8JmC
{ O2Qmz=%
public abstract void Play(); h9QM
nH'
} SaXt"Ju,AH
<[k3x8H'
public class RM:VideoMedia I _KHQ&Z*
{ FBXktSg
public override void Play() )/jDt dI
{ pTCD1)
MessageBox.Show("Play the rm file."); K=N&kda
} dHDtY$/_
} nK;d\DO
y||
n9
public class MPEG:VideoMedia t`8Jz~G`
{ R4'.QZ-x
public override void Play() 3+Lwtb}XPF
{ Gd
4S7JE
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ;\7`G!q
} I6^y` 2X
} |HycBTN#E
l$gJ^Wf2gY
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。 A;;#]]48
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: @} r*KF-
nX (bVT4i
public interface IMedia Z?+ )ox
{ ,7B7X)m{3
void Play(); tx5bmF;b)
} xw8k<`
~rV $.:%va
public abstract class AudioMedia:IMedia 6>WkisxG
{ !
v![K
public abstract void Play(); b$'%)\('g
} 5;XC!Gz
%$&eC
public abstract class VideoMedia:IMedia ?ES{t4"
{ >V^8<^?G
public abstract void Play(); R|RGoGE6g
} MGF!ZZ\
JP Dxzp
这样再更改MediaPlayer类的代码: lf(+]k30
public class MediaPlayer wrkw,H
{ P'Y(f!%
public void Play(IMedia media) u0wu\
{ j
EbmW*
media.Play(); 1|p\rHGd
} <sC(a7i1
} fQ 9af)d
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 )zWu\JRp
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 (Mfqzy
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 TIp\-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .uA
O.<
{ %`$bQU
IMedia media = null; >J9Qr#=H2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) E/H9#
{ 0")_%
case ("mp3"): Ov(k:"N
media = new MP3(); :7(fBf5
break; @lzq`SzM
//其它类型略; Jj]<SWh
case ("rm"): l3u [
media = new RM(); '{,JuX"n
break; H2],auBY
//其它类型略; `m'RvU c
} mCnl@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); .B^tEBGVD
player.Play(media); ]4O!q}@Cd
} GNW$:=0u
y0 vo-Q
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |~76dxU
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 I_B%F#X)
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 @u+LF]MY
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 m<n+1
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: s3Bo'hGxG
public interface IMediaFactory rv{ Wti[
{ 67/@J)z0%
IMedia CreateMedia(); pp|$y\ZzB
} 6U).vg<
MZ)lNU l
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: &kf \[|y
public class MP3Factory:IMediaFactory |3k r*#
{ x6aVNH=
public IMedia CreateMedia() :2
\NG}
{ G$)q% b;Lz
return new MP3(); HE*^!2f
} bv7)[,i
} xz`0V}dPl
//其它工厂略; g1XpERsSEV
JSFNn]z2P
public class RMFactory:IMediaFactory *[>{9V
{ ~&,S xQT
public IMedia CreateMedia() sfVzVS[
{ `_&vvJPn@!
return new RM(); K
z^.v`
} nVpDjUpN
} cm!vuoB~~
//其它工厂略; ,wr5DQ
ZHRMW'Ne
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。 3Q&@l49q
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: z>W?\[E<2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #Hy9 ;Q
{ f/
3'lPK^
IMediaFactory factory = null; .mnkV -m
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2kgSIvk\
{ XcbEh
//音频媒体 (;Bh7Ft
case ("mp3"): af[dkuv
factory = new MP3Factory(); >xRUw5jN
break; JrxQ.,*i
//视频媒体 6Po{tKU
case ("rm"): (Rs;+S
factory = new RMFactory(); "Z';nmv'N
break; Nn0j}ZI)1
//其他类型略; _+Z;pt$C
} ;<MHl[jJD
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -f'&JwE0=
player.Play(factory.CreateMedia()); vqF=kB"P
} !;t6\Z8&
$;";i:H`
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。 N+]HJ`K
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: Zirp_[KZ%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ocS}4.a@
{ Dl?:Mh
IMediaFactory factory = null; DLq'V.M:
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -lfbn=3
{ tI0D{Xrc
case ("mp3"): xgsEe3|
factory = new MP3Factory(); (nkiuCO
break; 1Fsa}UK
//其他类型略; &`'@}o>2
case ("rm"): Yi`DRkp]3
factory = new RMFactory(); "?_af
break; Q{
g{
//其他类型略; {H=<5
} 1#zD7b~
IMedia media = factory.CreateMedia(); M"Y,kA|+
media.Play(); =Q# (2
} %4wHiCOg
Nah\4-75&
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。 8yswi[
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。 hBDmC_\~
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。 !%D;H ~mQ
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: $m-@ICG#
fndH]Yp
<appSettings> gd0a,_`M
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \Jwc[R&x
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 02[*b
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> TD/ 4lL~(x
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> [.;I}
</appSettings> ayg^js2,
V>4v6)N
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: 8y4t9V
private void InitMediaType() b6""q9S!
{ a 4?c~bs
cbbMediaType.Items.Clear(); UD&pL'{s
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) e[QEOx/-h2
{ HSACaTVK
cbbMediaType.Item.Add(key); /W{^hVkvC
} jU{~3Gn?
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 94lz?-j
} ~'Korxa
i66/2BUh.
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件:
S O`b+B
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) GCrsf
{ F_iZ|B
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); %YG[?"P'
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); N.V5>2
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 1,n\Osd
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Xk :_aJ
factoryDllName).Unwrap(); 7#PQ1UWl
IMedia media = factory.CreateMedia(); wk2Ff*&
media.Play(); &!>.)I`
} `nd$6i^#W
s +0S,?{$
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。 "Qk)EY
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: .sZ"|j9m
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 "i%=QON`
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!