面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) o$J6 ~dn
cyF4iG'M,y
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 3Sh+u>w
一、传统过程化设计思想 Fb_S&!
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 2CLB1
public class MediaPlayer !]b@RUU
{ ?J&)W,~
private void PlayMp3() (6qsKX
{ f&I7,"v
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @.$MzPQQI
} );JJ2Jlkd
-
q@69q
private void PlayWav() 8;zDg$(
{ SG'JE}jzO
MessageBox.Show("Play the wav file."); a G27%(@
} ImkrV{,e
oY3>UZ5\
public void Play(string audioType) b|?;h21rG
{
*4yN3y
switch (audioType.ToLower()) s>[{}7ca
{ p@I9<^"
case ("mp3"): h)dRR_
PlayMp3(); P_Uutn~
break; Mg? L-C
case ("wav"): xFb3O|TC
PlayWav(); Rlw3!]5+2
break; Z^_>A)<s<
} Ft-6m%
} x)viY5vjH
} =ApY9`
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 .Ff_s
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 DeQDH5X"
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 3%
vis\~^
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 XB/'u39
二、面向对象设计思想 2P}bG>M
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! U^$E'Q-VK
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: -2*>`,Uu
public class MP3 ;z>p8N
{ uqZ3Hyb
public void Play() a$}6:E
{ rc{o?U'^-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |]ucHV
} )f*Iomp]@
} }76.6=~
kk_zVrQ<
public class WAV ,wK 1=7
{ Y!n'" *J>
public void Play() 5*j:K&R-.K
{ 'JZ_
MessageBox.Show("Play the wav file."); CeW7Ym
} p":zrf'(6
} U[fSQ`&D
O),I[kb
Public class MediaPlayer vLn> 4SK
{ <\DUo0]J
switch (audioType.ToLower()) GOr}/y;
{ VGJDqm!
case ("mp3"): L82NP)St
MP3 m = new MP3(); T`Hw49
m.Play(); fM:80bnL+
break; PqfVX8/q0
case ("wav"): Qj!d ^8
WAV w = new WAV(); 3o0IjZ=[>
w.Play(); 1t2cY;vJ
break; :,YLx9i>
} RV92qn
B
} wE2x:Ge:
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 #W5Yw>$
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) /(zB0TEd
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。 D_ ug-<QT
public class AudioMedia (Y;'[.
{ ]h8/M7k
public void Play() L>:FGNf^H
{ m X:bA5db
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); S7#0*2#[o
} bZ1 0v;
} rCrr"O#j
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)。 Ar5JP_M`E
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: ca}S{"
public abstract class AudioMedia C->[$HcRa
{ Tw}z7U"
public abstract void Play(); Y[,U_GX/R
} =n)#!i
rgn|24x
public class MP3:AudioMedia {~1M
{ ?,V;f2c
public override void Play() V*uEJ6T
{ ee\Gl?VN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); YiNo#M91
} c#x7N9;"!
} [Ekgft&
]>*I) H)
public class WAV:AudioMedia T~|PU{
{ 2dyxKK!\a
public override void Play() _<Vg[-:1
{ b)y<.pS\
MessageBox.Show("Play the wav file."); {4)5]62>u
} :z124Zf
} WiwwCKjSa
i*b4uHna
public class MediaPlayer !$XO
U'n
{ 1W7
iip,
//根据需要完成任务的单向分派 h%|9]5(=
public void Play(AudioMedia media) 4Xr"d@2(
{ l58l
media.Play(); [$H( CH`
} M'vXyb%$1
} LA>dkPB
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 A1 b6Zt
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 X)Ocn`|
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ~Gwas0eNa
public abstract class VideoMedia rcW#6VZ=
{ '9Qd.q7s|b
public abstract void Play(); &U854
} Y~x`6
a1_o.A
public class RM:VideoMedia k0=|10bi
{ 1=- X<M75
public override void Play() ap{{(y&R
{ tTE3H_
MessageBox.Show("Play the rm file."); wfWS-pQ
} vLD:(qTi
} a6OrE*x:D
%PSz o8.l
public class MPEG:VideoMedia Dt
(:u,%
{ s2wwmtUCN
public override void Play() _{3k+DQ
{ .v$ue`
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); IcO9V<Q|
} &0FpP&Z(
} Z,(%v.d
0FN~$+t)H
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。 mp muziH
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: ^glbxbhI4
1h&)I%`?
public interface IMedia )moo?Q
{ Py}!C@e
void Play(); M55e=
} %y!
U3(L.8(sA
public abstract class AudioMedia:IMedia 8rnb
{ lS>=y#i3Xv
public abstract void Play(); *yL|}
} $Cut
.[]{
Q
public abstract class VideoMedia:IMedia Y!Usce
{ XtnIK
public abstract void Play(); K7n;Zb:BR
} q^Q|.&_k /
M^0w/
这样再更改MediaPlayer类的代码: WX+< 4j
public class MediaPlayer b0rt.XB
{ =]2
b8
public void Play(IMedia media) |F8;+nAVF#
{ G}Q}H*
media.Play(); {[H4G,QK
} *S,v$ VX
} ,S7~=S
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 :qt82tbn
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。 6C@0[Q\ER
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。 8HHgN`_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ksxO<Y
{ 'Hcd&3a
IMedia media = null; oaH+c9v
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]QjXh>
{ tr#)iZ\
case ("mp3"): 9RbGa
Y&
media = new MP3(); : 8p2Jxm
break; dn:|m^<)
//其它类型略; c"oQ/x
case ("rm"): ]l9,t5Y
media = new RM(); s\F EA"w/
break; 3D[:Rf[
//其它类型略; qP%Smfp6
} 4n`[S N
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); vV\/pu8
player.Play(media); Q{(,/}kA-
}
b{9HooQ{
!>"INmz
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 #8WR{
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。 /cn/[O9
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。 b[QCM/
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。 u0(hVK`":
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: Q>#)LHX
public interface IMediaFactory Yg]FF`{p=
{ ;$k?&nhY
IMedia CreateMedia(); [57V8%
} }(f,~?CP]
p~k`Z^xY$
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: 4Tbi%vF{
public class MP3Factory:IMediaFactory s\n,Z?m
{ yE!7`c.[u
public IMedia CreateMedia() b ?=
{ gFH;bZU
return new MP3(); V2<k0@y
} _bvtJZ3i
} yF [@W<
//其它工厂略; Bm2}\KOI
ivDG3>"JG
public class RMFactory:IMediaFactory b5iJm-
{ "O"^\f
public IMedia CreateMedia() f;qKrw
{ }f0^9(
return new RM(); ?_<UOb*
} Td=]tVM
} 7\|NYT4
//其它工厂略; _4x[}e7KF
Qnu&GBM
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<z/LL8|
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: p-i]l.mT5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *T}dv)8
{ 6nhfI\q3wY
IMediaFactory factory = null; V~%WKQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /*xmv
$
{ bvxxE/?Ni
//音频媒体 _sD]Viqc
case ("mp3"): 3M>FU4Ug2
factory = new MP3Factory(); pdXgr)Uv
break; 75BOiX
//视频媒体 MHzsxF|
case ("rm"): P.2.Ge|
factory = new RMFactory(); L-oPb)
break; ^.$r1/U
//其他类型略; @kgpq
} JOoLHZQ1v
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;*$8iwBQ_
player.Play(factory.CreateMedia()); ef1N#z%gt
} GE| ^ryh
2%No>w}/2
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ]nr
BmKB
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 'E6gEJ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) sn T4X
{ qI/r_
IMediaFactory factory = null; :."n@sA@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) l Ib>t
{ ^`PSlT3<F
case ("mp3"): 2/<WWfX'
factory = new MP3Factory(); ;V(}F!U\z
break;
'Q;?_,`
//其他类型略; k=q%FlE
case ("rm"): `OpC-Z&
factory = new RMFactory(); RSVN(-wIi)
break; uu46'aT
//其他类型略; yl]Cm?8
} Ss#{K;
IMedia media = factory.CreateMedia(); JqV<A3i
media.Play(); J*4_|j;Z-E
} \crb&EgID
JbD)}(G;
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Vm%ux>}
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 kjYO0!C
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 e+[J[<8
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: |$*9j""u
. R8W<
<appSettings> $S-;M0G
x
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \#*;H|U.x
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 5O;oo@A:[
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> UC2OYZb
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> KcyM2hE7
</appSettings> u$`x]K=Zsm
Mm[1Z;H
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: |\L,r}1N
private void InitMediaType() w"Y55EURB
{ zyQEz#O
cbbMediaType.Items.Clear(); WOTu"Yj
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) /01(9(
{ gJcL{]
cbbMediaType.Item.Add(key); O5n]4)<
} BE@H~<E J
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; RBojT
} vBQ?S2f
yDBgSO{d
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: u2Z^iY
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .`8,$"`4)
{ 9'L0Al~L
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ^*~u4app
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); k |aOUW
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -VT?/=Y
s
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, J_br%AG<p
factoryDllName).Unwrap(); dM;WG;8e
IMedia media = factory.CreateMedia(); 1+ARV&bc
media.Play(); Dve5m=
} wI]>0geb*
c15^<6]g
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。 5|={1Lp24g
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: 0'2{[xF
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :1
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!