面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ^>tqg^
#S*cFnd
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。 %xhA2
一、传统过程化设计思想 ^UiSezcI
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: oV=~Q#v
public class MediaPlayer C ehz]C
{ 8D1+["&
private void PlayMp3() _0
$W;8X
{ Ry4`Q$=:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); tk~<tqMq
} PYJ8\XZ1_N
5`Oaf\S
private void PlayWav() H*V Z&{\7
{ >TB Rp,;r
MessageBox.Show("Play the wav file."); m8C
scCZ}
} ^:64(7
sB'Z9
public void Play(string audioType) &#DKB#.2
{ 6Cz%i6)
switch (audioType.ToLower()) 3,$G?auW
{ 04P!l
case ("mp3"): 3Q_L6Wj~
PlayMp3(); '?j,oRz^T
break; ,G%?}TfC)
case ("wav"): -:NFF'
PlayWav(); |"o/GUI~
break; Ld$e -dB
} o%V%@q H
} $ITh)#Nj
} HqKI|^
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。 {Tl |>\[P
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。 f<}>*xH/k
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! !K5D:x
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。 *hZ{>
二、面向对象设计思想 R@Bnrk
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! V/CZcMY_
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: SRBQ"X[M2
public class MP3 `8<h aU
{ Kta7xtu
public void Play() siK:?A@4D
{ fkWTO"f-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @l^BW*BCo
} 6O#
xV:Uc<
} qGH\3g-
)7TuV"
public class WAV \o2cztl=
{ NAt; r
public void Play() AW<z7BD
{ /%9CR'%*c
MessageBox.Show("Play the wav file."); sV5S>*A[
} `(6g87h
} "Z70
jkW[
c>pbRUMH
Public class MediaPlayer W^Z#_{
{ @A;Ouu(
switch (audioType.ToLower()) Bgy?k K2[
{ t,>j{SK ~
case ("mp3"): 'awZ-$#
MP3 m = new MP3(); |JRaskd
m.Play(); <$ oI
break; ( V^C7ix:
case ("wav"): b am*&E%0K
WAV w = new WAV(); Z9vJF.clO
w.Play(); [S#QGB19
break; >UDb:N[
} Wi3St`$
} 6i.!C5YX]
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。 Y[WL}:"93
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) UYW{AG2C
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。 g?=|kp
public class AudioMedia =V(|3?N
{ p:@JC sH=
public void Play() #V:28[
{ QXg9ah~
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ZclZD{%8J
} 6y
d/3k
} XEvDtDR
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)。 0 CFON2I
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: @/yJTMcf
public abstract class AudioMedia Zwxu3R_
{ q;0QI{:5v
public abstract void Play(); dB%q`7O
} "Nlw&+
c7
ZB@Bj>,bp
public class MP3:AudioMedia >ho$mvT
{ yYri.n
public override void Play() \~bx%VWW4
{ X!/o7<
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Z;4pI@u
} ->29Tns
} L4?)N&V
C^W9=OH
public class WAV:AudioMedia lX*IEAc
{ ,OilGTQ#
public override void Play()
~!A*@aC
{ E`aAPk_y
MessageBox.Show("Play the wav file."); e"]*^Q
} F^bzE5#
} &9:"X
zJ7=r#b
public class MediaPlayer k,UezuV
{ '4J];Nj0
//根据需要完成任务的单向分派 X
\GB:#:X
public void Play(AudioMedia media) d9>k5!
{ <!qv$3/7
media.Play(); Pk6l*+"r<
} mx:) &1
} X'W8 mqk
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)。 tbr1mw'G
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。 *4<Kz{NF
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: _Boe"
public abstract class VideoMedia Sy?O(BMo
{ +_h1JE_}D
public abstract void Play(); qh<h|C]V
} %:~LU]KX
1s@%q
<
public class RM:VideoMedia ]J
aV +b'O
{ 5\6S5JyIL
public override void Play() pf'-(W+
{ $Z8=QlG>
MessageBox.Show("Play the rm file."); k@i+gV%
} @=kDaPme92
}
{Hp*BE
h;(#^+LH
public class MPEG:VideoMedia M]JD(
{ zLB7'7oP
public override void Play() X\dPQwasM
{ 7Ne`F(c
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 8ezdU"
} Rl2*oOVz
} W@(EEMhw
O%KP,q&}Y
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 &&\HE7*
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: O=Cz*j
|re>YQ!zd
public interface IMedia RO?%0-6O&
{ zYW+Goz/C
void Play(); %Gk?f=e
} (g8<"<
N?
Eoo[)V#x{
public abstract class AudioMedia:IMedia ee0)%hc1t
{ vg6'^5S7
public abstract void Play(); jZX2)# a!
} hCcAAF*I;5
#ARQB2V
public abstract class VideoMedia:IMedia |*w}bT(PfR
{ `?H yDny
public abstract void Play(); :"pA0oB
} @},25"x)
p[zKc2 TPk
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?k*%r;e>
public class MediaPlayer 3~mi
{ 9Un3La8PX
public void Play(IMedia media) !Xzne_V<
{ JQtBt2
media.Play(); eA$wJ$*
} PDEeb.(.
} !&n'1gJ)kd
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 oJLpFL
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 { vf"`#Q9
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 `~hB-Z5dI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /7)l 22<
{ L/U^1=Wi*O
IMedia media = null; \:To>A32
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) v9<'nU WVR
{ 0E5"}8
case ("mp3"): *88Q6=Mm
media = new MP3(); aB N^J_
break; ~rN:4Q]/
//其它类型略; &`RD5uml
case ("rm"): Y$%z]i5
media = new RM(); cen[|yCtOH
break; XmK2Xi;=b
//其它类型略; bAsoIra
} 4zRz U
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); i`Tp +e@a>
player.Play(media); {-T}"WHg7
} C`Oc%~UkC
'>wr_
f
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 x2m*0D~
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。 Hj>(kL9H
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。 W@vt6v
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。 #c?xJ&bh
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: l.
9
i `
public interface IMediaFactory *" ("^_x\
{ j!It1B
IMedia CreateMedia(); 'F)93SwU
} h
"MiD
=Z3{6y}3p
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: *XlbD
public class MP3Factory:IMediaFactory xejQ!MAB
{ 7Ntt#C;]U
public IMedia CreateMedia() OVo3.
{ _>G.
return new MP3(); \%qzTk.&r
} TspuZR@2
} su/!<y
//其它工厂略; .}wVM`81z
q,8TOn
public class RMFactory:IMediaFactory oV(|51(f
{ bI_6';hq!
public IMedia CreateMedia() )dv w.X
{ _5nS!CN
return new RM(); 8%@![$q<g
} ?nLlZpZ2v
} LR:v$3 G(
//其它工厂略; a+U^mPe
*CIR$sS
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。 |B<;4ISaRI
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: BkP'b{z|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) nD8 Qeem@
{ iB]xYfQ&@V
IMediaFactory factory = null; lhx"<kR4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;77#$H8)
{ -&Cb^$.-x
//音频媒体 U/W<Sa\`
case ("mp3"): Hd/|f;
factory = new MP3Factory(); YT*_
vmJV
break; [eb?Fd~WB]
//视频媒体 s#8mD!T|
case ("rm"): pdz_qj!Z
factory = new RMFactory(); d3m!34ml
break; '@ $L}C#OI
//其他类型略; o*[n[\cR
} kK0.j)(
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Q|DVB
player.Play(factory.CreateMedia()); e={X{5z0
} wb#ZRmx}
e2~$=f-
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。 qy9RYIfZ
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: rwJCVkF
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) lR[]A
{ K~C6dy
IMediaFactory factory = null; P1r)n{;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vky@L! &,
{ D<16m<b
case ("mp3"): %OIJ.
factory = new MP3Factory(); 7CK3t/3D
break; B$Z%_j&
//其他类型略; z154lY}K
case ("rm"): u{6b>c|,X
factory = new RMFactory(); QGR}`n2D
break; 0Z m^6T
//其他类型略; gXNlnh%?S
} wjVmK
IMedia media = factory.CreateMedia(); DR%16y<h
media.Play(); oc^j<!Rh
} ty W5k(>
^n @dC?
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 3Uy4 8ue
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 >!D^F]CH
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 SJ4+s4!l
<
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: ep$C
nBwE
<T3 v|\6~H
<appSettings> YQH=]5r
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> )$>
pu{o
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> KE~l#=S
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $+P6R`K
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 4 kNiS^h
</appSettings> I:L}7uA[t
ma gZmY~
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: [f1'Qb
private void InitMediaType() Fv<^\q
{ Fx3CY W
cbbMediaType.Items.Clear(); e#5LBSP
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 'o!{YLJ fM
{ 7xhBdi[ dQ
cbbMediaType.Item.Add(key); ,Vc>'4E-
} I<``d Ne9Q
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 1Z h4)6x
} L/[b~D>T%
:pp@x*uNP
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Fuz'!
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) + n)_\@aQ
{ !jySID?q
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ZNKopA(=|%
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); r*r3QsO
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ?_@_NV MY
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, '&;s32']}
factoryDllName).Unwrap(); oy _DYop
IMedia media = factory.CreateMedia(); <27:O,I
media.Play(); .:b&$~<
} Fhk 8
\U?$ r[P
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。 O7Z?y*
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: Nuebxd
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 UG!528;7
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!