面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) o<@2zhuhrx
#C4
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。 eJ$?T7aUf
一、传统过程化设计思想 EmG`ga)s
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: Mz+|~'R
public class MediaPlayer %NX
{ B,|M
private void PlayMp3() mmr>"`5.
{ SM![ yC
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); lb`P9mbr+
} 9j$
OU@N
8
Z(*nZT,
private void PlayWav() ,N<;!6e
{ 6DR@$fpt
MessageBox.Show("Play the wav file."); @l>\vs<
} ]Fl+^aLS
DV*8Mkzg
public void Play(string audioType) 9%kY8#%SV
{ {3`#? q^o'
switch (audioType.ToLower()) nLQ
3s3@1>
{ w*#TS8
\
case ("mp3"): ./J.OU1
PlayMp3(); >sPu*8D40a
break; "p2 $R*ie
case ("wav"): *G>V`||RW
PlayWav(); f![x7D$
break; 0MrtJNF]_O
} k;;?3)!
} :]=Y1*L\)
} 8X5;)h
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。 I2YQIY+
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。 X\X
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! bN<c5
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。 eV1O#FLbi
二、面向对象设计思想 Qj[4gN?}=
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! I)_072^O
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: RyIr_:&-~
public class MP3 roj/GZAy"
{ `k^
i#Nc>
public void Play() G/2@Mn-
{ 6:ZqS~-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^ylJ_lN&=1
} S;i^ucAF
} Q:>;d-D|1
3f
eI
public class WAV qSkt
}F%'
{ 7{8!IcR #
public void Play() @<W"$_r-
{ sZ]O&Za~
MessageBox.Show("Play the wav file."); q6\z]8)
} 3vQ?vS|2
} ZJ=-cE2n
qECc[)B
Public class MediaPlayer 4kxy7]W
{ XRJ<1w:
switch (audioType.ToLower()) j)'V_@
{ q+WO nTS
case ("mp3"): FspI[gUN,
MP3 m = new MP3(); \dbpCZ
m.Play(); { tim{nV
break; f!xIMIl)+
case ("wav"): K
,f 1c}
WAV w = new WAV(); ]bhzB
w.Play(); ]rZ"5y
break; X~]eQaJ
} @l$cZie
} fnL!@WF
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。 @>(l}5U5
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) PrDvRWM
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。 , $78\B^
public class AudioMedia _GI [SzD
{ kx]f`b
public void Play() .7+_ubj&,
{ H]}Iw5Z
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); o=w&&B
} Gv?3}8Wp
} fHlmy[V+M
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)。 &>i+2c~
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: 0(@8
public abstract class AudioMedia 8
E.u3eS
{ rZ w&[ G
public abstract void Play(); 4LUFG
} S%mN6b~{
9);a 0}*5
public class MP3:AudioMedia 76zi)f1f
{ OHp 121
public override void Play() `"A\8)6-
{ '#u|RsZ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'n)M0e
} *2=:(OK
} &R\
.^3
<`H:Am`
public class WAV:AudioMedia JgYaA*1X
{ aR*z5p2-w
public override void Play() k+JDbJ@
{ 4q~+K'Z
MessageBox.Show("Play the wav file."); gPQ2i])"Q
} ~?[%uGI0h
} Q4CxtY
FyZw='D
public class MediaPlayer &wK%p/?
{ C1r]kF
//根据需要完成任务的单向分派 )Qp?N<&'
public void Play(AudioMedia media) #*}4=
{ :HMnU37m W
media.Play(); 2+sNt6B2
} .QRQvtd.
} i7cMe8
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)。 ;w}ZI<ou
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。 sJw3o7@pg
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: 0&2TeqsLh)
public abstract class VideoMedia PZeVjL?E
{ JV(|7Sk
public abstract void Play(); iN<&
} )z2Tm4>iql
1ncY"S/VO
public class RM:VideoMedia o_bj@X
{ Ia0.I " ,
public override void Play() T$0//7$')
{ I/pavh
MessageBox.Show("Play the rm file."); FL/@e$AK
} o*'J8El\y^
} k8 ,.~HkU
z<sf}6q
public class MPEG:VideoMedia j:O=9
{ }yK_2zak5i
public override void Play() [@uL)*o_#
{ 8e[kE>tS._
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #RbPNVs
} \m*?5]m;
} H.'MQ
{S'xZ._=
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 R1 hb-
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: bF|j%If%
Ip4CC'
public interface IMedia ZiSy&r:(
{ d Am(uJ
void Play(); UStZ3A'
} 0 #VH=p ga
8ooj)
public abstract class AudioMedia:IMedia " <m)Fh;
{ R`:Y&)c_$
public abstract void Play(); esLPJx
} O-U_Zx0zd
N$6Rg1
public abstract class VideoMedia:IMedia .B6$U>>NS^
{ }ytc oIuLf
public abstract void Play(); x5c
pv
} rgRh ySud
fY}e.lD
这样再更改MediaPlayer类的代码: Y"K7$+5#\
public class MediaPlayer RI')iz?
{ '<^%>R2
public void Play(IMedia media) '2WYbcU
{ hE/gul?|_
media.Play(); <q~&g
&&+
} _E{SGbCCi
} 6HCP1`gg
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 y4/>3tz;
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 38>8{Ma
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 CD +,&id
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V2^(qpM!
{ B=(m;A#G
IMedia media = null; ",B92[}Ar
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7 1z$a
{ >wNE!Oa*B
case ("mp3"): $83TA><a
media = new MP3(); (fUXJ$
break; }e9E+2}Z\
//其它类型略; fM]zD/ g
case ("rm"): %+:%%r=Q
media = new RM(); `|8)A)ZVT
break; THi*'D/
//其它类型略; N>z_uPy{A
} Zh)Qq?H
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 0vqXLFf
player.Play(media); B+ud-M0
} 1,p7Sl^h
DDw H9*
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 J-:\^uP
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。 5sao+dZ"|
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。 od"Oq?~/t
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。 $A`D p{e"
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: V44IA[
public interface IMediaFactory W~$YKBW
{ x\]%TTps
IMedia CreateMedia(); ~gNa<tg"1
} HpiP"Sl
<Qe30_<K
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: .RxH-]xk
public class MP3Factory:IMediaFactory )(oRJu)y
{ GPy+\P`
public IMedia CreateMedia() ZxlQyr`~a(
{ *[]7l]XK.
return new MP3(); _8vq]|rC
} EJ`JN|,M
} L~%@pf>
//其它工厂略; th}Q`vg0
U;<07
aMj
public class RMFactory:IMediaFactory g""1f%U_p
{ ;f:}gMK
public IMedia CreateMedia() Ms;:+JI
{ `PXSQf
return new RM(); $vnshU8/v
} 2%y}El^+_
} dE=4tqv-r
//其它工厂略; ^31X-}tv
f7c%Z:C#Y
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。 +@ga
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: 7E*d>:5I
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e|Rd#
{ v_3r8My-
IMediaFactory factory = null; 6}ct{Q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) BUqe~E|I
{ $TyV<
G
//音频媒体 #]>Z4=]v
case ("mp3"): i1v0J->
factory = new MP3Factory(); )EZ#BF<0|
break; u )cc
//视频媒体 @iWql*K;m
case ("rm"): }ac0}
factory = new RMFactory(); X-%XZDB6
break; 0l=g$G
\%
//其他类型略; r)UtS4 7
} tu8n1W
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); xPoI+,
player.Play(factory.CreateMedia()); ^iAOz-H
} ;WxE0Q:!~
s{\USD6
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。 :Lu=t3#
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: = s^KZV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CBz$N) f
{ VX0q!Q
IMediaFactory factory = null; .G8+D%%.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?*lpu
{ y,e#e`
case ("mp3"): %2>ya>/M
factory = new MP3Factory(); P/uk]5H^
break; uf4C+ci
//其他类型略; !cS
A|C
case ("rm"): xV@/z5Tq
factory = new RMFactory(); j_i/h "
break; z2p@d1
//其他类型略; y
qDE|DIez
} !jZXh1g%
IMedia media = factory.CreateMedia(); J;"66ue(d
media.Play(); 80=6B
} ], Xva`"
}Jfi"L
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 4mNg(w=NF
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 sswYwU
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 X;`XkOjk
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: \0.
c_
)w\E^
<appSettings> kex4U6&OQB
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> *UM=EQaYk
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> V}de|=
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 6yZ!K
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 2rK%fV53b
</appSettings> ?U3X,uv5J
b3Nr>(Z<}
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 2 VgFP3
private void InitMediaType() \Eqxmo
{ |-kU]NJFR
cbbMediaType.Items.Clear(); OX|nYTp
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) )y8 u+5^
{ Y*oT(
cbbMediaType.Item.Add(key); o\ss
} p) #7K
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; QAs$fi}f]s
} a
W1y0
HHd;<% q
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: FwD"Pc2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y"5>O|`
{ liu%K9-r
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 9k5$rK`
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); g~,"C8-H
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; =2-!ay:
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, |#uA(V
factoryDllName).Unwrap(); UvwO/A\Gv
IMedia media = factory.CreateMedia(); 1$1s0yg
media.Play(); |"7F`M96I
} PDwi] )6mf
5!GL"
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 V)HX+D>
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: %qN_<W&Ze
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 P'wn$WE[n\
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!