面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ))we\I__8
LqH?3):
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。 Qr xO
erp
一、传统过程化设计思想
e>s.mH6A
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: >LRaIU>
public class MediaPlayer p-ii($~}
{ :EmMia-)J
private void PlayMp3() !IrKou)/_
{ d#$i/&gE
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P St|!GST
} B3i=pcef
I "+|cFq.
private void PlayWav() n ;$}pg~
{ S@rsQ@PA
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ij,?G*
} }j5@\c48
A 'P}mrY
public void Play(string audioType) ;z=C^'
{ :/?R9JVI
switch (audioType.ToLower()) %PNm7s4x2
{ Z6HkQ=A64
case ("mp3"): N"Nd $4
PlayMp3(); `5aypJf1
break; (]#
JpQ
case ("wav"): 0yEyt7
~@
PlayWav(); d4rJ?qw
break; 41_sSqq;^
} Zm'::+tl
} c`[uQXv
} Vu8-Cy>Q?
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。 JT+lWhy
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。 w6%CBE2
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! I<o4 l[--
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。 XdXS^QA.s
二、面向对象设计思想 rzY@H }u
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! jjlCi<9CQ^
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: !wufoK
public class MP3 nJ`a1L{N
{ ?
Gu_UW
public void Play() pHbguoH,
{ lbXkZ ,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); iZqFVr&JF
} tfU3 6PR
} 6xQe!d3>s3
XzwQ,+IAr
public class WAV ^)K[1]"uM
{ ?^A:~" ~
public void Play() 74N\G1
{ [A/+tv
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0BZOr-i
} %^BOYvPx
} )ejqE6'[
wOl-iN=
Public class MediaPlayer
SCC/
<o
{ _|#|mb4Fe
switch (audioType.ToLower()) n`2"(7Wj
{ oN}j <6s
case ("mp3"):
F nRxc
MP3 m = new MP3(); N=q29JU
m.Play(); ?26[%%
break; 4'e8VI0
case ("wav"): L&k$4,Z9
WAV w = new WAV(); Cjb p-
w.Play(); -5*;J&.
break; 2PW3S{D t
} 8o!^ZOmU<
} w3hL.Z,kV
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ~./u0E
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) @Bwl)G!|
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 n;Wf|>
public class AudioMedia K#yH\fn8
{ 87*[o
public void Play() h$h`XBVZe;
{ AR2+W^aM3
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); /{}
]Hu
} 25KZe s)
} VrP%4P+
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)。 =!Cvu.~},
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: "qp_*Y
public abstract class AudioMedia c>k6i?u:X7
{ LKG|S<s
public abstract void Play(); FCAu%lvZT
} |"*:ZSj
Ct33S+y
public class MP3:AudioMedia M:M<bz Vu
{ ? +!?$h
public override void Play() lO@Ba;x
{ j<5R$^?U
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #&gy@!a~
} 4<HJD&@V
} 6g&nnA
,g.=vQm:?
public class WAV:AudioMedia @~HD<K
{ (]dZ+"O{
public override void Play() ^ 9E(8DD
{ D/>5\da+y
MessageBox.Show("Play the wav file."); hQeZI+
} ?Fw/c0
} 9_$Odc%]
34+}u,=
public class MediaPlayer "+_0idpF
{ EpMEA1=&
//根据需要完成任务的单向分派 lvffQ_t
public void Play(AudioMedia media) s| oU$?eA
{ 7Kjq1zl;
media.Play(); aP gG+tu
} bp_@e0
} }(6k7{,Gw,
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)。 d_hcv|%
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。 HB:i0m2fJW
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`QnRX?D
public abstract class VideoMedia W=:+f)D
{ G}*B`m
public abstract void Play(); =7>~u
} st>t~a|T
;C%EF
public class RM:VideoMedia `$HO`d@0*R
{ ^DOcw@Z6HC
public override void Play() p,/^x~m3a
{ nm.d.A/]Z
MessageBox.Show("Play the rm file."); .S;/v--F
} RCr:2
Iz
} ?0X.Ith^.
t=#)3C`Q}
public class MPEG:VideoMedia n66_#X
{ }z#8vE;
public override void Play() !T)>q%@ai
{ u a-p^X`w
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); mLO6`]p{H
} ZWH`s
} YzqhFFaj.
4(]k=c1<
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Qd&j~cG@
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: @,vSRns
%qMk&1
public interface IMedia =*I9qjla[?
{ vbp)/I-h
void Play(); AyDK-8a
} *0@e_h
v*pVcBY>
public abstract class AudioMedia:IMedia aryr
{ AyUVsIuPT=
public abstract void Play(); ;A_QI>>
} `/O_6PQ}
LCtm@oN
public abstract class VideoMedia:IMedia x8[8z^BV?e
{ {<lV=0]
public abstract void Play(); 'E9jv4E$n
} e j~ /sO
e M}Xn^}
这样再更改MediaPlayer类的代码: _
i8}ld-
public class MediaPlayer uB
BE!w_
{ 4{TUoI6ii
public void Play(IMedia media) (`&g
{ qXW5_iX
media.Play(); c72/e7gV
} g?ft;kR6S
} btOC\bUMfD
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ?^5x
d1>E
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。 j<[<qU:
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。 <}ev Ow2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) BmZd,}{
{ f`Nu]#i
IMedia media = null; OP@PB|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) BN=,>-O%
{ ]du pU"VV
case ("mp3"): y(HR1vQ;Z
media = new MP3(); QL3%L8
break; $ _zdjzT
//其它类型略; BkcOsJIz
case ("rm"): U;_;_
media = new RM(); IzG7!K
break; Ky+TgR
//其它类型略; \(Iy>L.
} _.j KcDf
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ^vzNs>eJ
player.Play(media); d(tq;2-
} qVf~\H@
GB0] |z5
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 a 3HS!/
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。 n[<Vj1n
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。 |
.PLfc;
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。 W6Hiqu+
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: +f+\uObi:
public interface IMediaFactory >q`G?9d2
{ SkY|.w.
IMedia CreateMedia(); 7%X$6N-X
} t{$t3>p-t
T =:^k+
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: yd2ouCUV
public class MP3Factory:IMediaFactory +!X^E9ra
{ C@K@TfK!M
public IMedia CreateMedia() e|`&K"fnq
{ 2D
"mq~V
return new MP3(); "kMpa]<c-6
} ^CX~>j\(
} h4V.$e<T&
//其它工厂略; x.'O_7c0:
DJeG
public class RMFactory:IMediaFactory A w83@U
{ zdr?1=
public IMedia CreateMedia() 7[Y<5T]
{ u ;I5n
return new RM(); mWtwp-
} hd\iW7
} t.NG]ejZ
//其它工厂略; BONM:(1
gX);/;9mm+
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ~dC^|
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: GeE|&popO
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) A\WgtM
{ C0'Tua'
IMediaFactory factory = null; S53[K/dZo
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d"$ \fL
{ DI+kO(S
//音频媒体 VaH#~!
case ("mp3"): I9_tD@s"(
factory = new MP3Factory(); ns@b0'IF]
break; ;gf^;%FK
//视频媒体 JrO2"S
case ("rm"): UAa2oY&
factory = new RMFactory(); i4AmNRs
break; X)`?P*[
//其他类型略; &AC-?R|Dp
} X=-pNwO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); \3x,)~m
player.Play(factory.CreateMedia()); 74QWGw`,
} Rom|Bqo;
-]HO8}-Rjs
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。 C)Mh
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: #AE'arT<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5WY..60K,
{ 9J*m!-hOY
IMediaFactory factory = null; %
`\8z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]e 81O#t3
{ Es1Yx\/:
case ("mp3"): \3Ys8umKq
factory = new MP3Factory(); LKtr>u
break; 5{VrzzOK}
//其他类型略; u
JGYXlLE
case ("rm"): HX?5O$<<N
factory = new RMFactory(); H"6:!;9,
break; ewD61Y8-
//其他类型略; 76(&O
} yin"+&<T
IMedia media = factory.CreateMedia(); Fod2KS;g
media.Play(); 4>gkXfTF
} <5G*#0gw
2 ES .)pQ
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 q#F;GD
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 _"Y;E
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 O]90F
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: P8piXG
>DpnIWn
<appSettings> e=QnGT*b5
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Jx(%t<2
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> P%(pbG-X.
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> /EA4-#uw
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> JEGcZeq)
</appSettings> W_ngB[
gs7H9%j{U
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: >n{(2bcFs
private void InitMediaType() :TxfkicN\
{ eZk
[6H
cbbMediaType.Items.Clear(); W1i Kn
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) v_En9~e^n
{ |U>BXX P
cbbMediaType.Item.Add(key); SzMh}xDh2
} 5JBenTt
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; rX)PN3TD
} .YKQ6
K3M<%
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: "n=`{~F
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) p3 qlVE
{ w%g@X6
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ==l p\
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); W -8<sv$b
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; p9y
"0A|
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ]4@_KKP
factoryDllName).Unwrap(); 0bVtku K;G
IMedia media = factory.CreateMedia(); r*OSEzGUz
media.Play(); j|A *rzL8
} /#GX4&z
/xWkP{
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。 <}L`d(E@f
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: P*BA
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 5rr7lwWZ
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!