面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) e,1Jxz4QH
sBSBDjk[
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。 SB
\ptF
一、传统过程化设计思想 ]]`+aF0
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: 'u696ED4
public class MediaPlayer +m>Kb edl
{ GD< Afni
private void PlayMp3() $L`7(0U-
{ bWMM[pnL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); typ*.j[q
} %o{vD&7\
\
2".Kb@=
private void PlayWav() (iWNvVGS
{ Po^2+s(fY
MessageBox.Show("Play the wav file."); wlKL|N
} OWq~BZ{
`yC
R.3+
public void Play(string audioType) eJy@N
{ IOmIkx&`GP
switch (audioType.ToLower()) pl"|NZz
7;
{ W/?D}#e<4
case ("mp3"): ?TzN?\
PlayMp3(); w y
Le3
break; 9sT?"(=
case ("wav"): 0!(Ii@m=N
PlayWav(); =20Q!wcu
break; RbrvY
} ,][+:fvS
} GXHk{G@TS
} &Rn/c}[{
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 I [e7Up
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 MGmtA(
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! c~C :"g.y
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 vDBnWA
二、面向对象设计思想 ~*2PmD"+:
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! }.T$bj1B;V
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: ,;D74h2F
public class MP3 Rj E,Wn
{ `_v-Y`Z
public void Play() 9Pem~<
{ H!45w;,I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~$Mp >ZB2W
} 0kCUz
} ZFdQZ=.'
LI
nN-b#
public class WAV sO(K po9jq
{ s;5PHweWf
public void Play() 8^4X/n
{ ::M/s#-@
MessageBox.Show("Play the wav file."); zBjqYqZ<+
} o[cKh7&+
} -rH3rKtf~
p>!r[v'
Public class MediaPlayer a.]
!
{ <MfB;M
switch (audioType.ToLower()) [e&$4l IS
{ s lPFDBx
case ("mp3"): BtqJkdK!;1
MP3 m = new MP3(); ;V%lFP3#
m.Play(); f}+G;a9Nj
break; :+R||qi
case ("wav"): :*oI"U*f
WAV w = new WAV(); A: @=?(lI3
w.Play(); >?$Ze @
break; @u$oqjK
} <B`=oO%o
} n%?g+@y,^
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。 O~t5qnu/}
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) $[|8bE
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 "0/OpT7h7
public class AudioMedia n1cAI|ZE
{ y'zEaL&SI@
public void Play() %9zcc)cP
{ \<PX'mnO
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); @D60
} 'wQ=b
} sJ0y3)PQ
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 #
=322bnO
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: zD?$O7
|ZK
public abstract class AudioMedia
-l,ib=ne
{ zg5u
public abstract void Play(); s!+?)bB
} lI5{]?'
#2WBYScW0
public class MP3:AudioMedia Vy5Q+gw
{ ~w$8*2D
public override void Play() 4XKg3l1
{ `9wz:s QtP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); MWB uMF
} }$UuYO/i
} <4!w2vxG
@FbzKHdV/
public class WAV:AudioMedia ]T*{M
{ \
_i`=dx
public override void Play() (JM4W
"7'
{ 6dinC <[}
MessageBox.Show("Play the wav file."); E? FPxs
} F-=er e
} D<rjxP
7)a=B! 8M
public class MediaPlayer A+
f{j
{ *v8 ]99N
//根据需要完成任务的单向分派 Ne#nSx5,
public void Play(AudioMedia media) iYnw?4Y
{ I{RktO;1
media.Play(); fB:M'A'
} p(U'Ydl~
} P!vBS"S
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)。 kKj YMYT6
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。 3Y s|M%N
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: f5yd2wKy6
public abstract class VideoMedia FF/MTd}6qG
{ 6?KsH;L9
public abstract void Play(); {2q
} F.\]Hqq
`b]
NB^/
public class RM:VideoMedia PDir?'
{ / _cOg? o
public override void Play() 0<s)xaN>Y
{ [t6)M~&e:_
MessageBox.Show("Play the rm file."); wo_FM
`@
} a;h:o>Do5
} sF|$oyDE
K]7@%cS
public class MPEG:VideoMedia |C(72t?K
{ "qDEI}
public override void Play() gF%ad=xm
{ Q!Op^4Jz
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 9YvMJ
} leD?yyjw7
} j&&^PH9ZY
ct]5\g?U'
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Y] n^(V
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 4+W}TKw
xQD#;
7
public interface IMedia B"EMir'
{ `n %~#TJ
void Play(); `QkzWy~V3
} J*;t{M5
v |i(peA#
public abstract class AudioMedia:IMedia PNKmI
{ -I|yi'
public abstract void Play(); tb=(L
} <<`."RY#0
RSnK`N\9jb
public abstract class VideoMedia:IMedia /stED{j,
{ }5]NUxQ_
public abstract void Play(); *in_Zt3
} HK-?<$Yc
l,/5$JGnk
这样再更改MediaPlayer类的代码: X;0EgIqh3
public class MediaPlayer UtWoSFZ'o!
{ -meKaQv
public void Play(IMedia media) GV2}K
<s
{ q&N&n%rbm
media.Play(); x7*}4>|W,I
} \fKv+
} SKS[Lf
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 F0|T%!FB>%
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。 'WOWm$2
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Ft|a/e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V]<dh|x
{ lS,Hr3Lz
IMedia media = null; c'(]n]a%
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j[z\p~^
{
/!9949XV
case ("mp3"): t=pG6U
media = new MP3(); #uH1!UQb
break; HD`%Ma
Yhc
//其它类型略; hyBSS,I
case ("rm"): ; w+A38N$J
media = new RM(); ;WzT"yW)T
break; `hfwZ*s
//其它类型略; <W5F~K
;41
} ]xS< \{og
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z;3}GxE-si
player.Play(media); xA-G&oC]<T
} {:rU5 !n
())|x[>JS+
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 rLVAI#ci=
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。 0p#36 czqy
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。 Lr+2L_/v`
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。 7f(UbO@BD
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: QvqBT
public interface IMediaFactory }tJ:-!*2
{ bVVa5? HP
IMedia CreateMedia(); ZWr\v!4
} @4Y>)wn&;
g3qtWS
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: cis~]x%
public class MP3Factory:IMediaFactory 0 @,@
{ 10DS
public IMedia CreateMedia() %d=-<EQ|&
{ `P GWu1/
return new MP3(); O a7W&wi
} M'g4alS
} (0k0gq;
//其它工厂略; 'LX=yL]I
P@Qo2zTh%
public class RMFactory:IMediaFactory F-ZD6l9O
{ O
,DX%wk,
public IMedia CreateMedia() -&HN h\
{ 7N""w5
return new RM(); 2f-Z\3)9 J
} $4L=Dg
} n =v %}@f2
//其它工厂略; 8ZahpB
{1qEN_ERx
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 B kC(9[Ei
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: jb*#!m.l
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m4%m0"Z
{ n
XQg(!
IMediaFactory factory = null; i? a]v 5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) R
`'@$"
{ Rc6Rk!^
//音频媒体 tG{Vn +~/
case ("mp3"): WpvH} l r}
factory = new MP3Factory(); ^ZV xBQKg
break; :q= XE$%H
//视频媒体 ,= PDL
case ("rm"): A7sej
factory = new RMFactory(); EdU3k'z$
break; 7/~"\nN:/
//其他类型略; N*z<VZ
} "=RB
#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -Zw"o>
player.Play(factory.CreateMedia()); N[mOJa:
} Ea3tF0{
G{s ,Y^
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。 $4?%Z>'
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 11)~!in
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ht =yzJ9Pr
{ =6 [!'K
IMediaFactory factory = null; )XNcy"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mki=.l$O
{ Kp99y
case ("mp3"): /
)EB~|4']
factory = new MP3Factory(); gF:wdcO
break; A^m hPBT_
//其他类型略; 0(..]\p^d
case ("rm"): J5\> 8I,a
factory = new RMFactory(); GC{Ys|s
break; <Q8bn?Z
//其他类型略; _}\&;
} : Z.mM5
IMedia media = factory.CreateMedia(); a RV!0?fS
media.Play(); |g9^]bT
} )/=J=xw2
Cz(Pj S
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。 Ex Qld
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。 c.XLEjV|
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 slF
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: I4)vJ0
>B9rr0d0
<appSettings> <6`,)(dj
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> y_nh~&
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 7X.1QSuE
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ar{e<&Bny
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> {!="PnB
</appSettings> 7eO8cPy
I?:V EN:
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: |;].~7^
private void InitMediaType() Lf,gS*Tg?
{ 68d @By
cbbMediaType.Items.Clear(); kj[[78
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
U]P;X~$!
{ vD*KJ3(c
cbbMediaType.Item.Add(key); [;b9'7j'
} a#{a{>
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ;J_d%
} J)(pGS@
v:+se6HY?p
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: :')<|(Zy
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N
Lo>"<Xb
{ o 1b#q/
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); {<i!Pm
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 9 (&!>z
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; c=K M[s.
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, v14[G@V~\
factoryDllName).Unwrap(); x_Z~k
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6ZM<M7(V
media.Play(); @3G3l|~>
} K>q,?x b
$@<