面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) , T8>}U(
egq67S
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。 e=+?K5q{P(
一、传统过程化设计思想 |v$JCU3!A
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: DKBSFm{~Q
public class MediaPlayer ]{ntt}3G,
{ Qx+%"YO
private void PlayMp3() Ro9tZ'N!S
{ ~x]jB
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); <1t*I!e_
} n\^Tq<] a
[D<1CF
private void PlayWav() Kq;8=xP[
{ vy\RcP
MessageBox.Show("Play the wav file."); uA#P'?
} '2[albxSc
j4cwI90=
public void Play(string audioType) `wDl<[V
{ 1f":HnLRM
switch (audioType.ToLower()) //s:5S<Z
{ +,#$:fs u
case ("mp3"): Pc
NkAo
PlayMp3(); i:OK8Q{VI
break; =*r])Vg^
case ("wav"): v~@pMA$(h
PlayWav(); iqe%=%ZR
break; $w);5o
} ^h"`}[+
} i;_t I#:A
} A m>cd;
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 U'<KC"f:'!
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Lcg)UcB-#
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! r}mbXvn
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 z$?~Y(EY
二、面向对象设计思想 <U!`J[n%
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! RM!<8fXYD
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: 1ke g9]
public class MP3 B#.L
{ rjp-Fw~1w
public void Play() [&#/]Ul'
{ >JC
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -\
EP.Vtz
} D0%Ug>
} WYEKf9}
TwVlg;
public class WAV j]aoR
{ a{qM2P(S
public void Play() YW60q0:
{ zhpt%7So
MessageBox.Show("Play the wav file."); #py[
} 7]||UuF<
} R}4So1
RH O( ?8"_
Public class MediaPlayer K%F,='P}
{ ~==>pj
switch (audioType.ToLower()) /.o^R6
{ (+FfB"3]
case ("mp3"): t 0|!(3
MP3 m = new MP3(); PEuIWXr
m.Play(); D-4f >
break; b{]z
wpf
case ("wav"): sU@nc!&Y@
WAV w = new WAV(); }A7j/uy}s
w.Play(); wT:b\km:!
break; &'}/f5s|
} 7[5.> h
} [`rba'
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。 5Drq9B9;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) BC&9fr
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。 Y[K*57fs
public class AudioMedia 0QOBL'{7)
{ N,;5{y1;J
public void Play() }`,t$NV`
{ UmclTGn
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); k+8q{5>A<
} kMt 8/ E`
} .sj^{kGE
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 <RG|Dx[:=
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 26k LhFS
public abstract class AudioMedia _oUHJ~&,
{ {'2@(^3
public abstract void Play(); \,7}mdQSv
} }=8B*
S&\L-@
public class MP3:AudioMedia f1 _<G
{ E7Y`|nT
public override void Play() XoCC/
{ m$W <
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); %d(^d
} !H irhDN
} |<.lW
Qe}`~a9P
public class WAV:AudioMedia .G)(0z("s
{ TT4./R:
public override void Play() (s7;^)}zx
{ V8HnUuz
MessageBox.Show("Play the wav file."); u*tN)f3
} g)_e]&
} '
)?f{
}c`fW&
public class MediaPlayer krC{ed
{ `9uB~LY^i
//根据需要完成任务的单向分派 UF<uU-C"
public void Play(AudioMedia media) -sjd&)~S[
{ 5c^Z/
Jl$c
media.Play(); %_{tzXim
} ?kZTI (
}
}f8Uc+
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)。 ?F6pEt4
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。 &b?LP]
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: 3&[>u;Bp
public abstract class VideoMedia PG_0\'X)/w
{ Jnna$6G)B
public abstract void Play(); DV\`Wv
} y7$iOR
k7>|q"0C
public class RM:VideoMedia B,K>rCZ/
{ f~dd3m('
public override void Play() oA =4=`
{ ;IVDr:
MessageBox.Show("Play the rm file."); |d*&y#kV
} 5fm?Lxr&?
} |pmZ.r
Tjl:|F8
public class MPEG:VideoMedia 72X0Tq 4
{ i2sN3it
public override void Play() #ceaZn|@m
{ BwBm[jtP
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); <HJl2p N
} m^H21P"z
} j8fpj {hp
) :\xHR4
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。 \uXcLhXN
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: +\|Iu;w
XvE9b5}
public interface IMedia Ci<ATho
{ E[*Fz1>
void Play(); ]6{*^4kX
} UY <e&Npo
`8I&7c
public abstract class AudioMedia:IMedia qR8u$2}NY
{ RtCkV xaEx
public abstract void Play(); .'rW.'Ft
} 7yx$Nn`(
gF0q@M y~
public abstract class VideoMedia:IMedia 4lM8\Lr
{ <]T` 3W9
public abstract void Play(); EM/@T}
} \MmI`$
pFm=y#!t
这样再更改MediaPlayer类的代码: Qhw^S*
public class MediaPlayer l6~-8d+lfN
{ !Mu|mz=
public void Play(IMedia media) oXDN+4ge
{ Rt{B(L.?<
media.Play(); IZm(`b;t^
} {XWZ<OjG
} !j\" w p
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 js8{]04y
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。 yY&3p1AxW]
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。 w~;I7:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) d~?X/sJ t
{ (^5 7UmFv]
IMedia media = null; t2V0lyeL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eXkujjSw"
{ "
beQZG
case ("mp3"): uu/+.9
media = new MP3(); X!j{o
break; UDe |Sb
//其它类型略; xy<`#
case ("rm"): .iQT5c
media = new RM(); /% I7Vc
break; d7&eLLx
//其它类型略; cDoo*
} Maqf[
Vky
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yCXrVN:`,
player.Play(media); F*Z=<]<+
} 8`]=C~G
-@F fU2
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 3-%Cw2ds
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。 o%4Gd~
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。 \NGC$p n
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 'i8U
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: DS2)@
public interface IMediaFactory `' 153M]
{ /oL;YIoQX
IMedia CreateMedia(); +xXH2b$wWC
} tj*y)28-
v6GsoQmA
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: QI!F6pGF
public class MP3Factory:IMediaFactory %Td )0Lqp
{ Q*YYTmZ
public IMedia CreateMedia() hAqg Iu*
{ ,WQ^tI=O
return new MP3(); #u5~0,F
} O3N_\B:
} J RPSvP\
//其它工厂略; >qo~d?+
&48_2Q"{
public class RMFactory:IMediaFactory .la&P,j_L
{ o\`>c:.
public IMedia CreateMedia() +<.\5+
{ k]rLjcB
return new RM();
tehUD&
} r,N[ )@
} aj~bt-cE
//其它工厂略; %gcc
y|
~JuKV&&}K
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。 &s)0z)mR8&
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: Ze!92g
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }Uf<ZXW
{ ]]cYLaq(
IMediaFactory factory = null; g6sjc,`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P|^$kK
{ \NX Q
//音频媒体 Z0fJ9HW
case ("mp3"): sFb4`
factory = new MP3Factory(); c[0oh.
break; ~H[%vdR
//视频媒体 LQ-6vrbs
case ("rm"): 8,o17}NY,
factory = new RMFactory(); idJh^YD
break; ?Ay3u^X
//其他类型略; Y5-kj,CB
} gvnj&h.GV
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); o6?l/nJ
player.Play(factory.CreateMedia()); .yVnw^gu
} (3md:r<-
yty`2$O
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。 ZM~`Gd9K0E
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: o@dy:AR
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x.EgTvA&d
{ K!b8= K`
IMediaFactory factory = null; n=`w9qajd
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) , deUsc
{
q{X T
case ("mp3"): lEfBe)7+
factory = new MP3Factory(); PZ34 *q
break; M\yHUS6N
//其他类型略; F^'v{@C
case ("rm"): m.V,I}J.q
factory = new RMFactory(); m4gU*?
break; Lh 9S8EU
//其他类型略; ek[kq[U9
} feCqbWq:
IMedia media = factory.CreateMedia(); Z( #Ln
media.Play(); z{6YC~
} O3ZM:,.
j@C0af
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。 GEtbs+ [
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。 Ofm5[q=
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。 @*_ZoO7{
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: 8ath45G @
nx;$dxx_Ws
<appSettings> (b|#n|~?YL
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> MW]8;`|jC
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> y#bK,}
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> .b _? -Fv
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> M;qb7Mu
</appSettings> !
IgoL&=
0l1.O2-
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: h^d\xn9GT#
private void InitMediaType() qsvpW%?aE
{ sVcdj|j
cbbMediaType.Items.Clear(); ~BQV]BJ7
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) E&9!1!B
{ 3"vRK5Bf
cbbMediaType.Item.Add(key); &GU@8
} bx7\QU+
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; od(:Y(4
} *N'hA5.z
u0'i!@795
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: [Gf{f\O
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) zS?n>ElI
{ T\cR2ZT~
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); >3+FZ@.iT
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); t]r7cA
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; H1C%o0CPY
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, yP%o0n/"x
factoryDllName).Unwrap(); Uf^RLdoDn
IMedia media = factory.CreateMedia(); ~BtKd* ~*
media.Play(); J&
)#G@fRX
} v}f&q!
v#-E~;CcC
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。
363cuRP
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: Fj,(_^
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 h*G#<M
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!