面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ?\pE#~m
G[^G~U\+!
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。 RYhdf
一、传统过程化设计思想 4*,q1yK
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: =J'?>-B
public class MediaPlayer `i:0dVs
{ }-Ma~/
private void PlayMp3() RtW5U8
{ uHIWbF<0oo
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); O``MUb b
} ^/BE=$E\
<&Uk!1Jd
private void PlayWav() E0hp%:
{ W|Tew-H{h_
MessageBox.Show("Play the wav file."); C/vLEpP{(/
} ["IJh
g|HrhUT;
public void Play(string audioType) a?MtY
EK2
{ e ^qnUjMy
switch (audioType.ToLower()) X]*/]Xx
{ 8WGM%n#q
case ("mp3"): ? 7EVmF
PlayMp3(); S- \lN|
break; 3# (5Kco
case ("wav"): .:raeDrd
PlayWav(); !U!E_D.O
break; vWovR`
} ;X6y.1N~
} H7=z%Y9y
} |K-lgrA
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 rQm
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 7tpZE+OX
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! D ` X6'PP
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 fYjsSUnf
二、面向对象设计思想 B3t>M)
9
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! NETC{:j
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: @/(7kh+
public class MP3 6)$N[FNs
{ }_22wjm~
public void Play() K@~#Gdnl
{ hNo>)$v!s
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); IyN9
+
} 'uzv\[
} Kc\'s65.]
;T+U&U0d|
public class WAV TkoXzG8yE<
{ 9y^kb+
public void Play() NYjS
{ v:"m
MessageBox.Show("Play the wav file."); Be{/2jU%
} L-z;:Ztk
} L%WME8PB
}(ma__Ao
Public class MediaPlayer }. xrJ52Tz
{ <rB3[IJo
switch (audioType.ToLower()) Zlk,])9 Q
{ CQSpPQA
case ("mp3"): v]:+`dV
MP3 m = new MP3(); *qPdZ
m.Play(); \TbsoWX
break; BIV<ti$.
case ("wav"): zj>aaY
WAV w = new WAV(); _~;&)cn,0
w.Play(); (T|TEt
break; sTtX$&Qu
} V06CCy8n
} h(@R]GUX
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。 V uG?B{
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) WR/o
@$/
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 FxCZRo&
public class AudioMedia +Qh[sGDdY
{ dGW{l]N
public void Play() !K3})& w
{ y?pD(u
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); /gz:zThf{
} <4bz/^
} <S1??
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 MpOR Gd
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: e>l,(ql
public abstract class AudioMedia ]~-*hOcQ4
{ B.$PhmCG
public abstract void Play(); I-b_h5ZD6
} 7J9l.cM3
^GMJ~[]
public class MP3:AudioMedia d0(Cn}m"c
{ &E
bI Op
public override void Play() /+VIw`E
{ OAv>g pw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); XrF3kz!44
} } h[>U
} *>jjMy n
*E:x E/M!2
public class WAV:AudioMedia F4Zn5&.)
{ }A]BpSEP
public override void Play() NYBe"/}GS
{ )kYOHS
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~e P
} V vu(`9u]
} !tEe\K\e
>1 @Ltvm
public class MediaPlayer TyF{tuF
{ V!4a*,Pz
//根据需要完成任务的单向分派 %Rp8{.t7
public void Play(AudioMedia media) 7^$)VBQ/
{ {`%hgR
media.Play(); < f(?T`
} f~=r*&U
} Z%}4bJ
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 \fZiL!E^7
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 -gS"pE^1
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: k=[pm5ZvT~
public abstract class VideoMedia fW?sYC'
{ ]H ~Y7\N-v
public abstract void Play(); nnwJYEi
} xRum*}|4
F8<"AI
public class RM:VideoMedia 5t\HJ`C1Z
{ /b5>Qp
public override void Play()
?CP2AK
{ 0,_b)
MessageBox.Show("Play the rm file."); tx"LeZZ
} x5}lgyt
} [dB$U}SEj
;HNq>/{
public class MPEG:VideoMedia ;au*V5a%
{ 7]Em,
public override void Play() ^C/
{ rh!;|xB|+
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ,\YAnKn6_
} _ \D"E>oM
} >oGiIYq
fE]XWA4U
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。 Vi?q>:E:
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: B4h5[fPX
?Q0I'RC
public interface IMedia AiP!hw/V$
{ j+rG7z){K
void Play(); h !gk s-0
} \?**2{9&)
[;A[.&6
public abstract class AudioMedia:IMedia &c>?~-!W
{ u JY)4T
public abstract void Play(); dY(;]sxFr
} dOFD5}_
E{E0Z9t7&
public abstract class VideoMedia:IMedia v6GPS1:a
{ .uF[C{RnO
public abstract void Play(); :|+Qe e
} l(;Kij
i/H+xrCK
这样再更改MediaPlayer类的代码: 0[Ht_qxb
public class MediaPlayer pav'1d%
{ =K\r-'V
public void Play(IMedia media) up>c$jJ
{ A9BX_9}]
media.Play(); k{;,6H
} "ZwKk
G
} #bH_Dg5I
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 /FD5G7ES
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。 t.p~\6Yi
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。 F+m }#p
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) nKa$1RMO
{ ^ D%FX!$
IMedia media = null; i4JqT \q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UT0){%2@
{ t>=fTkB
case ("mp3"): 0k)rc$eDF+
media = new MP3(); R;,g1m|]
break; eET&pP3Rp
//其它类型略; |a1{ve[
case ("rm"): %`Z+a.~ U
media = new RM(); mKrh[nA
break; 1 zw*/dp
//其它类型略; 0}!\$"|D
} n3AaZp[
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Xs: 3'ua
player.Play(media); 8J$|NYv_b
} kuyjnSo9i
Z}$TKO*u
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
nt*Hc1I
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 M5gWD==uP
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 p
w8 s8?
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 .o) `m9/
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: H\TI[JPAl
public interface IMediaFactory dC RyOid$
{ &mb{.=
IMedia CreateMedia(); Q~Hy%M%R3
} ^]TVo\,N
@`gk|W3
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: xg3:} LQ
public class MP3Factory:IMediaFactory PYGRsrcFd#
{ U&?v:&c#&n
public IMedia CreateMedia() zAiXo__x
{ ]*AR,0N&
return new MP3(); _H5o'>=
} 2nR[Xh?L
} EM[WK+9>I{
//其它工厂略; B]Thn
p>4-s, W
public class RMFactory:IMediaFactory \SBc;
{ (L/_^!ZX
public IMedia CreateMedia() neLAEHV
{ 2.l:O2<
return new RM();
K~R`%r_
} z*a:L} $
} 2+e}*&iQpp
//其它工厂略; nCdR EXw
V=o
t-1,j7
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。 h-`}L=
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: ]?!mS[X
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a ?)NC
{ AJF#Aw `o
IMediaFactory factory = null; 2Eu`u!jhx
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) uC(V
{ %-1O.Q|f
//音频媒体 Y2~nBb
case ("mp3"): gcl5jB5)>
factory = new MP3Factory(); @X#F3;
break; }f6HYU
//视频媒体 oY H^_V
case ("rm"): R8a3
1&
factory = new RMFactory(); .nx2";oi
break; ` 2V19s]
//其他类型略; oYm[V<nIl
} VgZsB$Ori
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); U_I5fK=
player.Play(factory.CreateMedia()); ^f4s"T
} hYG6 pTCb
kY-N>E:
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 Z/Dx,zIR
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ;'#8tGv=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) woGAf)vV#
{ 0"28'
IMediaFactory factory = null; 9
a!$z!.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) x"~8*V'0
{ qKr8)}h
case ("mp3"): ~d|A!S`
factory = new MP3Factory(); m8d!<
h
break; Bf ~vA4
//其他类型略; i#vYyVr[
case ("rm"): Ac2n
factory = new RMFactory(); #Y
a4ps_
break; Z8K?
//其他类型略; .$+#1-
} \Je0CD=e`
IMedia media = factory.CreateMedia(); KBx6NU?;PO
media.Play(); QI'Oz{vE
} $5aV:Z3P
keL&b/@
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 dx MOn
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ^/I
7|u]
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 PNgY>=Y
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: cPyE 6\lN
5\:^y'g[
<appSettings> r1 !@hT
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> L*xhGoC=
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> G\2CR*
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> gY/"cq
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> [9evz}X
</appSettings> .,<1%-R34q
^c"jH'#.L
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: !Xf5e*1IS
private void InitMediaType() /?5 1D@
{ _.tVSVp
cbbMediaType.Items.Clear(); [B\h$IcRv
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) \A 2r]
{ >%}C^gu)
cbbMediaType.Item.Add(key); e$<0
7Oc
} @vC4[:"pD}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; {f3YsM;]C
} P+@/O
ry`Ho8N
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: eI$oLl@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Yb|c\[ %
{ Pr':51(
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); O,{6*[)@
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); o[Q MT P
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ]#)()6)2v
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, H%qsjB^
factoryDllName).Unwrap(); lk/n}bx
IMedia media = factory.CreateMedia(); SD"FErJ
media.Play(); 6a(yp3
} U dT*E: 6
K
-nF lPm\
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。 hO\<%0F
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: >K_(J/&p
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 orzZ{87
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!