面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 1| DI'e[X
S(l^TF
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。 \gpKQt0
一、传统过程化设计思想 |\t_I~de
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: 0=&]!WRT
public class MediaPlayer l/LUwDI{
{ H#E0S>Jw|
private void PlayMp3() Nl _Jp:8s
{
P_g
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |0-L08DW
} $49tV?q5
} _z~:{Y
private void PlayWav() !ZW0yCwLQ
{ nE84W$\
MessageBox.Show("Play the wav file."); 9qA_5x%"%u
} }=FQKqtC
fHi+PEbR
public void Play(string audioType) j Xf-+;ZQ
{ W+X
zU"l
switch (audioType.ToLower()) f?6=H^_>
{ bX1ip2X
lk
case ("mp3"): FC#Qtu~J
PlayMp3(); }I]q$3.
break; =fPO0Ot;
case ("wav"): DJ^JUVi
PlayWav(); (k~c]N)v
break; R?Qou!*]
} Kw|`y %~
} ZlzFmNe60
} 76/%Py|
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 aXagiz\;
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Wwz{98,K
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! (x@"Dp=MZW
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 =[&Jxy>Y
二、面向对象设计思想 </QSMs
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! .9ne'Ta
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: *#_jTwQe
public class MP3 S0 `*
{ MNz q}(p
public void Play() ",m5}mk:4
{ xT/&'$@{)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); W +E2({
} &AVi4zV
} qz&)|~,\C
0% /M& N
public class WAV "oQ@.]-#
{ ZSNg^)cN
public void Play() P}jr 8Z
{ N.?Wev{
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~nQb;Bdh%
} ~08v]j
q
} p=zm_+=
m78PQx
H
Public class MediaPlayer n|.;g!QDA
{ C0M{zGT>}
switch (audioType.ToLower()) ]{hfM
{ ]nh)FMo
case ("mp3"): uRIr,U^
MP3 m = new MP3(); ]+8,@%="
m.Play(); e+mD$(h
break; 809-p_)B
case ("wav"): kAoai|m@R
WAV w = new WAV(); R/W&~t
w.Play(); q3:tZoeXV
break; !`gg$9
} `
T!O
)5
} ^RyrUb
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ,x/j&S9!
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) "'Q:%_;
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ]x|sTKv2
public class AudioMedia @."R9s
{ /%)J+K)
public void Play() ~VKw%WK
{ `PL!>oa(8
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); QS_u<B
} o,-@vp
} GCoqKE
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 ])`F$S
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: H4N==o
public abstract class AudioMedia = U5)m
{ ?2M15Q
public abstract void Play(); ?=,tcN
} 8HzEH-J
^6`U0|5mRX
public class MP3:AudioMedia l},%g%}iMU
{ p82qFzq#
public override void Play() i=ba=-"Mt
{ ]O[f#lG
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); sYz:(hZS
} ]mp.KvB
} __QTlj
y!#1A?|k
public class WAV:AudioMedia Umqm5*P(
{ #ua#$&p
public override void Play() ?@nu]~
{ *VH1(E`hl
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0ode&dB
} C8?/$1|RL
} +#W5Qb}VR
mUjA9[@
public class MediaPlayer oDC3AK&
{ VbN]z:
//根据需要完成任务的单向分派 p"T4;QBxQ
public void Play(AudioMedia media) ZA!vxQ?P,
{ Q~9:}_@
media.Play(); v1}
$FmHL"
} _]\mh,}
} ,=mn*
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)。 43eGfp'
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。 gnv4.f:
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: [L 8gG.wy
public abstract class VideoMedia 3laSPih[.
{ PtHT>
public abstract void Play(); u$0>K,f
} 8S0)_L#S
w4OVfTlN
public class RM:VideoMedia K46\Rm_:B;
{ .JzO f[g5
public override void Play()
np~oF
{ 6ul34\;
MessageBox.Show("Play the rm file."); I=1tf;Bsi
} AOTI&v
} Ei#"r\q j_
m,pDjf
public class MPEG:VideoMedia $oNkE
{ !v^D
j']
public override void Play() K1Tzy=Z9j
{ os>|LPv4
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 9TF[uC)-2
} DI*xf
Kt
} 8]0^OSS
rO-Tr
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。 }p#S;JZRu+
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: (\Dd9a8V-
.G^.kg ,
public interface IMedia Cc=`:ED+
{ 9 Hm!B )Y
void Play(); bC&_OU:
} U $+rlw}
l_8t[
public abstract class AudioMedia:IMedia s?=J#WV1y
{ ,3^N_>d$W
public abstract void Play(); Tj>~#~
} i$ Zhk1
Xdjxt?*
public abstract class VideoMedia:IMedia *bZV4}
{ !D1F4v[c=
public abstract void Play(); ?^yZVmAo]
} N%`ikdaTd
gSP|;Gy
这样再更改MediaPlayer类的代码: xbIxtZm
public class MediaPlayer 2lGq6Au:
{ }C)
public void Play(IMedia media) s |qB;
{ N &=,)d~M
media.Play(); 1{DHlyA6g
} )9Jt550(
} aeSXHd?+(
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 4Jw0m#UN1
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。 =6? 3c\
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。 #j@Su )+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0|d%@
{ qwnC{
IMedia media = null; 9#1lxT4%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cP(/+
/9
{ BM:je(*p
case ("mp3"): o\2#o5#
media = new MP3(); ];IUiS1
break; KSLyU1W
//其它类型略; p#3P`I>ZrT
case ("rm"): lGs fs(
media = new RM(); %[RLc[pB
break; pTcm2-J
//其它类型略; wJ+"JQY.J+
} TVKuvKH8U
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 5 J 0
player.Play(media); [
h%ci3
} *!Xhy87%Z)
iX~V(~v
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 O"Ar3>
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。 0e3aWn
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。 C#(4>'
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。 V"
I+E
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: xAsbP$J:
public interface IMediaFactory Ww@Rewo
{ zX(p\NU
IMedia CreateMedia(); X1$0'usS
} :eDwkzlHH
H+-9R
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 8W#whK2El
public class MP3Factory:IMediaFactory (0^u
{ :)bm+xWFF
public IMedia CreateMedia() is`le}$^y
{ 5y@JMQSO
return new MP3(); Uw4KdC
} aA=qel
} "]`!#5j^WP
//其它工厂略; <1V!-D4xu
y&B~UeB:q
public class RMFactory:IMediaFactory i9W@$I,f
{ a&|aK+^8;
public IMedia CreateMedia() 6EJ,czt(
{ C2FewsRz
return new RM(); OZ0q6"
} h@/c76}f6p
} |UE&M3S
//其它工厂略; ,D>$N3;
jFnq{Lt
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。 9V("K
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: ~-JkuRJ\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) lY0^Z
{ &R>x;&Gj
IMediaFactory factory = null; b=.Ikt+y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mM1\s>o
{ D.4=4"qMi
//音频媒体 #~ UG9@a
case ("mp3"): 9 *Q/3|
factory = new MP3Factory(); b4i=eI8
break; ^#p Su
//视频媒体 *r$(lf
case ("rm"): StA5h+[m
factory = new RMFactory(); $
^m_M.1
break; JT, 8/o
//其他类型略; \Ua"gS2L
} 4 mPCAA7
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Il>!C\hU
player.Play(factory.CreateMedia()); }5FdX3YR
} \A
Y7%>
C4]vq+
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。 h)fi9
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: ^. M*pe
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /c8F]fkZ=
{ T)qD}hl
IMediaFactory factory = null; ~~]L!P
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) PL[7|_%
{ 1\TXb!OtL
case ("mp3"): kuqf(
factory = new MP3Factory(); RL
SP?o2J
break; +m]$P,yMt
//其他类型略; bncIxxe
case ("rm"): ^LX1&yT@
factory = new RMFactory(); O#uTwnW
break; H~e;S#3_v
//其他类型略; Y }aa6
} :"|}oKT%mP
IMedia media = factory.CreateMedia(); ci <`*>l
media.Play(); =4 36/O`K
} sTU`@}}
Z>{3t/`
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 7ae8nZ3&
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 z;x$tO
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。 1nye.i~
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: &ScADmZP^d
oyiEOC
<appSettings> Jo1n>Mo-j
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> X~T"n<:a>
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 49E<`f0
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> wWQv]c%
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> SoI"a^fY
</appSettings> Kzfa4C
#%rXDGDS
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: rp (nGiI
private void InitMediaType() c~K^ooS-
{ PTXy:>]M
cbbMediaType.Items.Clear(); TLU^ad#9E
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) _p"nR
{ DP6 M4
cbbMediaType.Item.Add(key); 8A~5@
} b7^VWX%
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Y.$'<1
} FY|.eY_7 {
g@BQ!}_#5
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: J*vy-[w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |$`)d87,
{ l\vtz5L
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Py3Xvudv
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); A]id*RtY
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; *tC]Z&5
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, :,X,!0pWRp
factoryDllName).Unwrap(); (iXo\y`z
IMedia media = factory.CreateMedia(); QqA~y$'ut
media.Play(); "T|%F D&[
} !/^i\)j>](
*,A?lX,9A
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。 t."hAvRL
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: %"Q{|}
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 y w)q3zC
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!