面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) +6B(LPxgP
rqxoqc Z
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。 Op" \i
一、传统过程化设计思想 YjdCCju
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: WB'&W=
public class MediaPlayer |qH -^b.F
{ _"&b%!
private void PlayMp3() Pz,kSxe=
{ UA!-YTh
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); )-xx$0mL-
} zy(sekX;
:@y!5[88!
private void PlayWav() "diF$Lj
{ DxdiXf[j
MessageBox.Show("Play the wav file."); >2x[ub%$L
} elG<\[
b6RuYwHWV0
public void Play(string audioType) v?,_SVgAi
{ D.kLx@Z
switch (audioType.ToLower()) #(j'?|2o%
{ 'H`aQt+
case ("mp3"): &p8b4y_
PlayMp3(); e%uPZ >'q
break; [w'Y3U\i
case ("wav"): { " woBOaA
PlayWav(); NTASrh
break; dT4?8:
} 'h53:?~
} \L>3E#R-Q
} )cJ9YKKy
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。 (2RZc].M~
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。 KC9_H>
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! [#`)Bb&w
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。 =+%QfuK
二、面向对象设计思想 &<2~7?$!
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! bW\OKI1
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: m^Qc9s#D
public class MP3 15U]/?jv8
{ a'u:1C^\
public void Play() Clr~:2g\
{ \B/+.\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }K1v=k
} 0Mpc#:a%1
} F6J,:
o9&1Ct
public class WAV ! eXDN
{ I!>pHF4
public void Play() .`*h2
{ Mhp6,JL
MessageBox.Show("Play the wav file."); ,j\1UAa
} 8 SFw|
} -i*{8t
f|Dq#(^\
Public class MediaPlayer NrA?^F
{ i
E p{
switch (audioType.ToLower()) WX<),u2@
{ 50h?#u6?
case ("mp3"): 6/e+=W2
MP3 m = new MP3(); KYBoGCS >
m.Play(); n1n->l*HGP
break; K;j}qJvsb
case ("wav"): H{qQ8j)
WAV w = new WAV(); K@d, 8 [
w.Play(); o&WKk5$
break; H|@R+
} :+u K1N
} p+6L qk<
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。 yvN;|R
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) R;D|To!
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。 sX_6qKUH
public class AudioMedia nz-( 8{ae
{ wX?<o
public void Play() 2x3%*r$
{ * F[;D7sZ~
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); [@K#BFA
} j\SvfZ0"
} &.D#OnRh9
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)。 @o otKY`
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: |, ws 3
public abstract class AudioMedia x,LQA0
{ 2$S^3$k'
public abstract void Play(); ..u2IdEu
} %N.qu_,IZ
a@mMa {
public class MP3:AudioMedia #@qd.,]2
{ w]-,X`
public override void Play() )$Tcip`
{ )wFr%wNe
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :Ca]/ ]]
} vJ `'x
} +#$(>6Zu"{
i7 *cpNPO
public class WAV:AudioMedia .PAR
{ k2axGq
public override void Play() Z#Q)a;RA
{ ZA;VA=)\8
MessageBox.Show("Play the wav file."); c+_F}2)
} !}[cY76_
} ueimTX k
=5zx]N1r
public class MediaPlayer #"3az8u
{ Z,x9 {
//根据需要完成任务的单向分派 Hf^Tok^6@]
public void Play(AudioMedia media) R3`Rrj Z
{ aucQZD-_"
media.Play(); gp?|UMA9.
} wlY6h4c
} }zK/43Vx
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)。 i*q!|^M
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。 @['4 X1pqt
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: [+j39d.Q
public abstract class VideoMedia P2Or|_z
{ qUW>qi,
public abstract void Play(); E#cW3\)
} xUG:x4Gz+
a%h'utF{[
public class RM:VideoMedia Nvef+L,v
{ m4@f&6x
public override void Play() /nX+*L}d/
{ 1.5lJ:[G
MessageBox.Show("Play the rm file."); Rlq6I?S+
} 2k^dxk~$V;
} 0lvX,78G ;
=XT'D@q~W
public class MPEG:VideoMedia [xVE0l*\
{ 5xEk 7g.
public override void Play() ,Cj8{s&;
{ v {H3DgyG
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); jJ' LM>e
} CwV1~@{-
} !Qg%d&q.Sx
P'nbyF
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~Mq5#3F
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: oc2aE:>X
$LPu_FJ
public interface IMedia vd5"phn
3
{ kt";Jx
void Play(); wFW2m
}
aE_)iE|
y %k`
public abstract class AudioMedia:IMedia V zx%N.
{ TwZvz[u
public abstract void Play(); 9iQcK&D
2
} YLlw:jN
Cf_Ik
public abstract class VideoMedia:IMedia 4LU'E%vlC
{ NRS!Ox
public abstract void Play(); RRD\V3C84
} ]`D(/l'
NVnKgGlHgd
这样再更改MediaPlayer类的代码: n\2VrUQ)M
public class MediaPlayer 'DQp
{ z]k=sk
public void Play(IMedia media) }*n(RnCn
{ [@}{sH(#Ta
media.Play();
mI=^7'Mk
} `>fN?He
} XR^VRn6O
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 s0Ii;7fA{
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 Z`xz |:D+
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 IbpE@C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -Uz
xs5Zl
{ 3zb;q@JV
IMedia media = null; B{ NKDkDH
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) D PnKr/
{ z[Kxy1,
case ("mp3"): W%09.bF
media = new MP3(); -[#Mx}%
break; 8w|j Z@
//其它类型略; DYH-5yX7
case ("rm"): `n:IXD5'
media = new RM(); ~(B\X?v
break; oKTIoTb
//其它类型略; [pbX_
} qH6DZ|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )J_!ZpMC
player.Play(media); Q8M&nf
} r2.87
Cc]s94
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 i^uC4S~
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ew4IAF
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 BzA(yCu$:
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。 Ta!.oC[
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: /-$`GT?l
public interface IMediaFactory ]t1)8v2w>
{ eEn_aX
IMedia CreateMedia(); $BE^'5G&4Y
} rK~362|mo
hzPx8sO
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: O6OP{sb
public class MP3Factory:IMediaFactory ;sNyN#
{ pP?J(0Q~
public IMedia CreateMedia() OP2!lEs
{ {H $\,
return new MP3(); ^V_acAuS^
} =Gd[Qn83.%
} ; Z61|@Y
//其它工厂略; )gR14a
:c)<B@NqNo
public class RMFactory:IMediaFactory K;6K!6J:[
{ 2t[c^J
public IMedia CreateMedia() <$Uj
~jN
{ Ffj:xZ9rk
return new RM(); >Fx$Rty
} $'9r=#EH
} {, APZ`q|
//其它工厂略; r.i.w0B(
!kASEjFz|f
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 .2xypL8(
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: .[2MPjg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) nZ\,ZqV
{ Q=PaTh
IMediaFactory factory = null; d'[aOH4}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c_ygwO3.Q
{
n#J$=@
//音频媒体 4#2iL+
case ("mp3"): { tR=D_5
factory = new MP3Factory(); JEHV\=
break; "bf8[D
//视频媒体 {f^30Fw
case ("rm"): n"FOCcTIs
factory = new RMFactory(); &2xYG{Z
break; GE5@XT
//其他类型略; )&R;!#;5
} Plq[Ml9
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); "BFW&<1
player.Play(factory.CreateMedia()); W^=89I4]
} bLV@Ts
^_+ks/
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。 f2yv7t
T
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: oC7#6W:@w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~!&[;EM<bm
{ J$EEpL
IMediaFactory factory = null; FwW%@Y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &y(aByI y
{ n/|/Womr
case ("mp3"): GzB%vsv95
factory = new MP3Factory(); vy#c(:UQR
break; $ 1dI
//其他类型略; c''O+,L1+
case ("rm"): d.}rn"(z
factory = new RMFactory(); F
Qk;
break; -{7N]q)}
//其他类型略; >b$<lo
} `nM4kt7
IMedia media = factory.CreateMedia(); &qpA<F@7
media.Play(); +nZG!nP
} 5Y&@
:Y
$U0(%lIU
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 0Gs]>B4r/
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 nx+&
{hn(
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 .^NV e40O
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: /vV 0$vg
]e3nnS1*.
<appSettings> :Aa^afjJw
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> :_H88/?RR
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> W&Hf}qs
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> n$?oZ*;
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ~k%\ LZ3s
</appSettings> Uy_=#&jg
$+);!?^|:
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: B)|s.Ez
private void InitMediaType() (j/O=$mJ
{ z? aDOh
cbbMediaType.Items.Clear(); o99 a=x6
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) p~b$+8#+
{ aF=VJ+5
cbbMediaType.Item.Add(key); Pn#Lymxh_a
} #n7{ 3)
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; xle29:?l
} {HU48v"W
y*D 8XI$
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: W{h7+X]Y
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) l*u@T|Fc$
{ gkdjH8(2
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); vKt_z@{{L
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 40E[cGz$*
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; d0^2<
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 6uyf
factoryDllName).Unwrap(); |H4'*NP"
IMedia media = factory.CreateMedia(); $3ILVT
media.Play(); 1}pR')YL[
} D4|_?O3|m
{;zPW!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。 uz#9w\="
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: ?1uAY.~ZZB
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 f/x "yUq
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!