面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 1q\\5A<V
&;6`)M{*}
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。 ,oe <
一、传统过程化设计思想 2ACCh4(/P
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: nUr5Qn?
public class MediaPlayer =[ 46`-_
{ )CYGQMK
private void PlayMp3() Y|m+dT6
{ wo}H'Q}Hj
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 5<k"K^0QS
} .<?GS{6
N
$p8xEcQdU#
private void PlayWav() ;a!S!%.h
{ >{]%F*p4
MessageBox.Show("Play the wav file."); PNhe
} tIi&;tw]
`RT>}_j
public void Play(string audioType) pQ" >UL*
{ urc|
D0n
switch (audioType.ToLower()) H'5)UX@LP
{ G't$Qx,IC
case ("mp3"): Ib!R D/
PlayMp3(); ;C#F>SG\S
break; pad*oPH,
case ("wav"): V-P#1Kkh
PlayWav(); P:S .~Jq
break; v"$L702d$\
} !TH)
+zi
} |i*37r6]=
} XX!%RE`M8
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。 P5V}#;v
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。 j;Gtu
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! k'Hs}z eNn
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。 2qNt,;DQ
二、面向对象设计思想 *R,5h2;
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! 7+cO_3AB
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: dFc':|
public class MP3 Wi<m{.%\E
{ 3*bU6$|5FP
public void Play() l'1pw
{ 8`{:MkXP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,ng Cv;s
} <=&`ZH
} dQX6(Jj
uMv,zO5
public class WAV cZ*@$%_
{ Hio0HL-
public void Play() 7z,C}-q
{ *a^(vo
MessageBox.Show("Play the wav file."); !F-w3
]
} MJ)RvNF
} n&/
`
v/plpNVp>
Public class MediaPlayer Oo~;
L,
{ .V<+v-h
switch (audioType.ToLower()) MchA{p&Ol
{ LOYk9m
case ("mp3"): /}Axf"OE
MP3 m = new MP3(); e%M;?0j
m.Play(); Yh7t"=o
break; 3,w_".m`#
case ("wav"): j;r-NCBnz
WAV w = new WAV(); >R_&Ouh:
w.Play(); 1I6px$^E\
break; u#~RkY7s
} >:!5*E5?
} t?gic9
q
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。 6@!`]tSCK
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9*wK@yEl
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。 t@;p
public class AudioMedia Fo_sgv8O<
{ ajT*/L!0_
public void Play() [|L<_.8
{ 5DZ#9m/
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); !qg`/y9
} Zi
i
} Or+U@vAnk
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)。 (t|Zn@uY
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: $%Kfq[Q
public abstract class AudioMedia eByz-,{P
{ C!!M%P
public abstract void Play(); A)!*]o>U
} WH} y"W
t{kG<J/l
public class MP3:AudioMedia Y.UFbrv
{ ?l )[7LR4
public override void Play() AT3Mlz~7#
{ ND;#7/$>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {tZ.v@
} ki!0^t:9
} [q-h|m
<'*LRd$1
public class WAV:AudioMedia Q%G8U#Tm
{ "+s++@
z
public override void Play() CTa57R
{ RrB&\9=
MessageBox.Show("Play the wav file."); n>YKa)|W`
} VONDc1%ga
} PZ9I`P!C
zF<R'XP
public class MediaPlayer =H8;iS2R
{ ?tbrbkx
//根据需要完成任务的单向分派 *]X'( /b_
public void Play(AudioMedia media) &QgR*,5eo
{ %h@EP[\
media.Play(); 5b*C1HS@X
} VPo".BvG6
} L8B!u9%
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 rILYI;'o
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 sgFEK[w.y
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: z}
#JK?u
public abstract class VideoMedia Zy/_
E@C}u
{ 4Nsp<Kn>
public abstract void Play(); e^voW"?%
} M= (u]%\
;V!D:5U
public class RM:VideoMedia ]f_p8?j"
{ 5H^(2w
public override void Play() <hyKu
{ ?J0y|
MessageBox.Show("Play the rm file."); g_bLl)g<
} oB7_O-3z
} z$sT !QL~
E1
2uZ$X
public class MPEG:VideoMedia 1% ` Rs
{ XiWmV ?
public override void Play() TWTb?HP
{ m&3xJuKih
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); d=/F}yP~?s
} %cn<ych
G
} ]SEZaT
-9?]IIVb
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。 vY3h3o
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: .%-8 t{dt
%]i15;{X
public interface IMedia yHaGkm
{ DlJo^|5
void Play(); |-H&o]
} HzJz+ x:
2~V*5~fb
public abstract class AudioMedia:IMedia $~)SCbL^5
{ Z\sDUJ
public abstract void Play(); i6Gu@( 8Q
} z$sGv19pB
zQ PQ
public abstract class VideoMedia:IMedia xIn:ZKJ'
{ *^`Vz?g<
public abstract void Play(); XWw804ir
} RnN!2K
%TqC/c
这样再更改MediaPlayer类的代码: &^nGtW%a 9
public class MediaPlayer dh\P4
{ O6Y0XL
public void Play(IMedia media) V]^$S"Tv
{ eS!/(#T
media.Play(); Q2>gU#
} \)e'`29;
} v@pky0
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Bw.i}3UT6
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。 uAk.@nfiEv
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。 ;{6~Bq9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +ge?w#R
{ 9YGY,sx
IMedia media = null; 4M T 7 `sr
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) qP
,EBE
{ 'ga/
case ("mp3"): 05R@7[GWq
media = new MP3(); Sjj6q`
break; E-FUlOG&
//其它类型略; &5;"#:ORcK
case ("rm"): TqQ[_RKg2
media = new RM(); g)B]FH1
break; _0I@xQj-
//其它类型略; F"kAkX>3}
} 8EYkQ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Ul# r
player.Play(media); [>9is=>o.
} x1<|hTPk
s#MPX3itK
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 G/W>S,(
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。 fV~~J2IK
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。
.Y|!:t|
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。 ]@TCk8d$0
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: kf9X$d6
public interface IMediaFactory (At$3b6
{ ^?|"L>y
IMedia CreateMedia(); d_CT$
} H*6W q
=lSNs
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: Xc.`-J~Il
public class MP3Factory:IMediaFactory 0}9h]X'
{ d5 -qZ{W
public IMedia CreateMedia() ,//S`j$S
{ 7:~_D7n
return new MP3(); ,u m|1dh
} (5~h"s
} `_h&glMJ,q
//其它工厂略; ,,TnIouy
Z :gyz$9w
public class RMFactory:IMediaFactory P2Y^d#jO
{ vSh`&w^*
public IMedia CreateMedia() TZ`SZDc7_
{ AwN!;t_0+N
return new RM(); ce(#2o&`
} pk~WrqK}
} E"0>yl)
//其它工厂略; QW"! (`K
4+ig'
|o
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 11lsf/IP
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: 45oR=Atn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ]f3>-)$*
{ r*Xuj=
IMediaFactory factory = null; SX*RP;vHy
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) OJxl<Q=z
{ z)"=:o7
//音频媒体 Debv4Gr;^
case ("mp3"): f!"w5qC^
factory = new MP3Factory(); 1&2>LE/P
break; cnLro
//视频媒体 W8<%[-r
case ("rm"): g=rbPbu
factory = new RMFactory(); ~5g ~;f[4
break; y}H!c;
//其他类型略; x"~JR\yzKJ
} yHGADH0B
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); P* o9a
player.Play(factory.CreateMedia()); NO3/rJ6-
} g+lCMW\
Je{ykL?N
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。 a9 G8q>h]O
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: Ls%MGs9PI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [!z,lY>
{ 8-i#8'/x
IMediaFactory factory = null; he4(hX^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) nrb Ok4Dz
{ % `3jL7|
case ("mp3"): :-'qC8C
factory = new MP3Factory(); z:;CX@)*
break; :%.D78&
//其他类型略; 8_8l.!~
case ("rm"): oQ# 8nu{k
factory = new RMFactory(); C]#,+q*
break; }*-@!wc-N
//其他类型略; <qSC#[xu
} nlYNN/@"
IMedia media = factory.CreateMedia(); kFB
media.Play(); :>*7=q=
} PdCEUh\>y
"8RSvT<W^5
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。 2?5>o!C
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。 N0lC0
N?_J
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。 :0ep(<|;
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 m[S
>bxS3FCX
<appSettings> ""H?gsL[
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> s>en
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" />
(=$x.1
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q@niNDaW2
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> *fdTpXa
</appSettings> `gJ(0#ac
<UI
[%yXj
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: nEfK53i_
private void InitMediaType() GmG5[?)
{ Nl/dX-I
cbbMediaType.Items.Clear(); phK/
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ZoeD:xnh[
{ nNm`Hfi
cbbMediaType.Item.Add(key); :Al!1BJQ
} p 'k0#R$
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #ABCDi={zA
} lk!@?
XG?8s
&
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: l.]xB,k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @ 7u 0v
{ B1gR5p 0
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 43w}qY1
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); GB^B r6
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; W/ \g~=vo
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, jylD6IT
factoryDllName).Unwrap(); B:<VA=
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y@v>FlqI{
media.Play(); ;|RTx
} }qUX=s
GG
Kq!3wb;
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。 o4;(Zi#Z
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: TzZq(?V
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 xG 1nGO
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!