面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :|Z$3q
;*y|8od
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有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 C@*%AY
一、传统过程化设计思想 \.c]kG>k-
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: Nc{]zWL9
public class MediaPlayer Uh>.v |P6
{ wb]*u7G
t/
private void PlayMp3() aGpCNc{+
{ Ds{{J5Um%
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); NA+&jV
} XR|"dbZW.0
sa_R$ /H
private void PlayWav() u FMIY(vB
{ >Y}7[XK
MessageBox.Show("Play the wav file."); BR;QY1
} %moJF1
pJd 0k"{
public void Play(string audioType) 3@&bxYXm
{ o>2e!7
switch (audioType.ToLower()) |</"N-#S
{ s0r"N7~
case ("mp3"): ([Ebsj
PlayMp3(); fGb7=Fk
break; (YIhTSL"]
case ("wav"): Z)/6??/R
PlayWav(); 2-~a
P
break; wDDx j
} gF3TwAr
} lY.B
} "ml?7Xl,n
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。 sYI~dU2H
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。 +)gGs#2X
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! Wdo#?@m
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。 ,E&Bn8L~O
二、面向对象设计思想 ,~- ?l7
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! O7v]p
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: M:_!w[NiLp
public class MP3 .Y! :x=e
{ K'NcTw#f
public void Play() )!cI|tovs
{ \ EZ+#3u
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); BjiYv}J
} ~wTX>qV
} I0DM=V>;
hm3jpWi8
public class WAV Y~az!8j;Z
{ Id%_{),HX
public void Play() jPnO@H1
{ 9mQ#L<Ps
MessageBox.Show("Play the wav file."); vXb:
} $_)=8"Sn
} z5 Bi=~=#
_Fizgs
Public class MediaPlayer \83sSw
{ "IG+V:{ou
switch (audioType.ToLower()) \OcMiuw
{ +e'X;
case ("mp3"): >\ZR*CS
MP3 m = new MP3(); l)Zs-V!M^\
m.Play(); NY@"&p'Q
break; {]^2R>0Q
case ("wav"): "x&3Z@q7
WAV w = new WAV(); ?vu_k 'io
w.Play(); %,|ztH/ Q
break; L~dC(J)@ZI
} YdI0E
} IZ 8y}2
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。 _R7 w?!t8
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) t}Ss=0dJO
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。 Tr&E4e
public class AudioMedia o'Pu'y
{ RZO5=L9E
public void Play() Sj)}qM-y#
{ [Uli>/%JB
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); #.<V^
} 6^;^rUlm
} Pd~MiyO;K
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)。 2J<&rKCF
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: &x0C4Kh
public abstract class AudioMedia f7J,&<<5w
{ iITp**l
public abstract void Play(); $}R$t-
} :
,p||_G&
bC~~5Cm
public class MP3:AudioMedia Fc8E Y*
{ )p8I@E
public override void Play() `5'2Hg+
{ t\r:E2
O
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); LmQ/#Gx
} m=TJDr-
} 9cd 8=][
'# z]M
public class WAV:AudioMedia RH(V^09[o
{ s-k_d<
public override void Play() z<pJYpxH
{ D|_V<'
MessageBox.Show("Play the wav file."); gWrAUPS[
} S &JJIFftO
} 5+P@sD
\DA$6w\\
public class MediaPlayer XoR>H4xh
{ +y&d;0!
//根据需要完成任务的单向分派 dB;3.<S=
public void Play(AudioMedia media) "&lN\&:
{ 6:?rlh
media.Play(); )"`!AerJ
} ~|lIC !q
} kIvvEh<L=
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)。 <\@1Zz@ms
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 q^3?,#{
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: 47UO*oLS
public abstract class VideoMedia MJ\[Dt
{ *8)2iv4[
public abstract void Play(); W
f@t4(i
} (][LQ6Pc
a3@w|KLt
public class RM:VideoMedia &|5GB3H=
{ },c,30V'
public override void Play() #
|^^K!%
{ Cd]/
MessageBox.Show("Play the rm file."); GBP-V66
} [s`
G^
} [VSU"AJY
EO)%UrWnC
public class MPEG:VideoMedia +.Bmkim
{ &uM^0eM
public override void Play() GXX+}=b7qO
{ SwH2$:f
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); f9TV%fG?
} & ,L9O U
} xx8U$,Ng
_:J*Cm[q
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。 Z$'IBv
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: ]gEhE
$-vo}k%M
public interface IMedia )1F<6R
{ 'C?NJ~MN
void Play(); Qw)9r{f
} }$gmK
M>l^%`
public abstract class AudioMedia:IMedia R,Oe$J<
{ |(% u}V?
public abstract void Play(); Zzj0\?Ul
} }
/:\U
p
wW`}VKu
public abstract class VideoMedia:IMedia A6UO0lyu
{ uDayBaR
public abstract void Play(); oRq!=eUu_
} !/I0i8T
zAScRg$:?
这样再更改MediaPlayer类的代码: >V;,#5F_
public class MediaPlayer YaY8 `M{
{ {CUk1+
public void Play(IMedia media) l1+[
{ $.K?N@(W
media.Play(); cHD%{xlb
} "uD=KlA
} ZR3nK0
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 lDc;__}Ws
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 . (`3JQ2s
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。
lCb+{OB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y79qwM.
{ z?ucIsbR
IMedia media = null; y' x F0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @q8an
{ ,&]MOe4@>
case ("mp3"): '2^
Yw
media = new MP3(); 3071:W
break; #DI$Oc
//其它类型略; /-Qv?"
case ("rm"): 'Ud|Ex@A9
media = new RM(); 3/goCg
break; ]tt} #
//其它类型略; ?m"|QS!!K
} svhrf;3:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rPiNv
30L
player.Play(media); &M"ouy Zo9
} wH6u5*$p
<GIwRVCU
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HKmcQM
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。 (36K3=Q a
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-Su5F
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。 2x}6\t
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: /c-nE3+rn
public interface IMediaFactory TD,nIgH`
{ J|QiH<
IMedia CreateMedia(); %mI~
=^za
} JMyTwj[7
\54}T4R
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: TI9X.E?
public class MP3Factory:IMediaFactory 3 <SqoJSp
{ .;I29yk\XS
public IMedia CreateMedia() ,4@|1z{bfm
{ 5nLDj:C~
return new MP3(); 1'KishHK=
} clDHTj=~
} 3<(q }
//其它工厂略; 4A.Q21s
x8N|($1
public class RMFactory:IMediaFactory OkH\^
{ ^Udv]Wh
public IMedia CreateMedia() xHkxc}h
{ ;#anZC;
return new RM(); f}fsoDoQ=
} 4\2V9F{s
} bI
ITPxz
//其它工厂略; vA&Vu"}S
=,/D/v$m'2
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。 le
.'pP@
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: Wd 2sh
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) h%}(h2W
{ ST',4Oph5
IMediaFactory factory = null; s3 QEi^~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) X[hM8G
{ yI8tH!
//音频媒体 -T_\f?V88
case ("mp3"): t&RruwN_;
factory = new MP3Factory(); a W;aA'!
break; tFh|V
pB
//视频媒体 Dn;p4T@
case ("rm"): YD_]!HK}
factory = new RMFactory(); 0D[@u3W
break; H{zPft
//其他类型略; D3]BTkMMS;
} 3N4.$#>#9@
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); uofLhy!
player.Play(factory.CreateMedia()); 96Zd M=
} !1:@8q
kW-81
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。 `a4 $lyZ
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: %_f;G+fK\p
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?0vNEz[
{ SG'JE}jzO
IMediaFactory factory = null; )"u:ytK{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T9jw X:n
{ %a8&W
case ("mp3"):
(_+;R
factory = new MP3Factory(); }Ik1bkK
break; y-+G
wa3
//其他类型略; OyVm(%Z
case ("rm"): \{v,6JC
factory = new RMFactory(); Z^_>A)<s<
break; Ft-6m%
//其他类型略; ti_u!kNv
} bkv/I{C>?
IMedia media = factory.CreateMedia(); +zO]N&
media.Play(); .Ff_s
} 1f//wk|
->oz#
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。 dgc&[
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。 2P}bG>M
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。 u''BP.Y S
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: ==9ZFdf
!,bPe5?Ql
<appSettings> +R\~3uj[7
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> |63Y
>U"
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Tg''1 Wl*
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> p\D >z("
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> V
SAafux
</appSettings> =vEkMJOs
3M
N
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: 8hB.fau
private void InitMediaType() 80&D""
{ nVOqn\m-
cbbMediaType.Items.Clear(); v33T @
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Eo=HNe
{ o#{#r@,i
cbbMediaType.Item.Add(key); NMXM[Ukb
} ]w22@s
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; CeW7Ym
} 8
/m3+5
^H=o3#P~L
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *m&&1W_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4iBxPo(0
{ UrK"u{G
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); aN'0}<s
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); v5 Y)al@
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Xb<)LHA~3
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, !: |nI77|
factoryDllName).Unwrap(); ` d`&R.'
IMedia media = factory.CreateMedia(); fM:80bnL+
media.Play(); Oz>io\P94
} n\>.T[$"
V9{B}5KC
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。 t2.juoI(
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: RV92qn
B
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 wE2x:Ge:
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!