面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) YPEnNt+
FmD +8=
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。 VB"(9O]
一、传统过程化设计思想 5v|EAjB6o
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: =
F<:}Tx)C
public class MediaPlayer taDQ65
{ gDC2
>nV
private void PlayMp3() L!y"d!6C
{ $.8 H>c
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C:j]43`
} Yt{&rPv,
B}\BeFt'
private void PlayWav() -N# #w=
{ J\A8qh8
MessageBox.Show("Play the wav file."); vD26;S.y[a
} m&/=&S
bV6V02RF
public void Play(string audioType) 2Y+:,ud\
{ ri=+(NKo-
switch (audioType.ToLower()) >rf5)Y~f
{ GFL-.?
0
case ("mp3"): %l|\of7P2}
PlayMp3(); |' ;7v)CIG
break; ,LUTHWEo"I
case ("wav"): k|B2@{
PlayWav();
-oh7d$~
break; 8xTix1u0
} vYnftJK&
} V^rW?Do
} 8zmv
5trt
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。 jQ$BPEG&X
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。 zP nC=h|g
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! h(N=V|0
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。 %5Rq1 $D
二、面向对象设计思想 GOVAb'
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! '5rUe\k
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 9o_-=>(
public class MP3 yL&/m~{s
{ u-.L^!k
public void Play() '[fZt#
{ ~L'nzquF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); f#OQ (WTJE
} ZqK]jT6V/X
} i@,]Z~]
T4GW1NP
public class WAV N`1r;%5
{ H(> M
public void Play() (oYW]c}G,
{ .@k *p >K
MessageBox.Show("Play the wav file."); KyLp?!|>
}
MZ~.(&
} Pfan7fq+
TB#Nk5
Public class MediaPlayer fA^SD"xf
{ )`Ed_F}k
switch (audioType.ToLower()) jdlG#j-\
{ ipZHSA
case ("mp3"): 9,WG!4:+W
MP3 m = new MP3(); .$wLLE^*
m.Play(); Z*eoA
break; r0btC@Hxy
case ("wav"): D9o*8h2$
WAV w = new WAV(); Ub)M*Cq0(o
w.Play(); aQ|hi F}
break; 8*Zvr&B,G
} 4bI*jEc\[
} M&[b.t*
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。 F$yeF^\g
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
9p*-?kPb
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 xR}of"
public class AudioMedia 'vlrc[|/
{ q[c Etp28h
public void Play() N^J*!]|
{ r/Dd&x
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); NvHN -^2
} Z,aGtJ.a'9
} %U?)?iZdL
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 oMc1:=EG
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 40.AM1Z0f
public abstract class AudioMedia hdg<bZk:
{ v[L[A3`"/
public abstract void Play(); P)1EA;
} HNMBXXf,B
6"%2,`Nu
public class MP3:AudioMedia \h#9oPy
{ (\&
62B1
public override void Play() Vp7b4n<
{ Fu##'#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -u~eZ?(!Ye
} /qXzOd
} xA-jvu9@
0;cuX@A/a?
public class WAV:AudioMedia bNs[O22
{ %?dE{ir
public override void Play() e5OVq
,
{ *"T+G*~
MessageBox.Show("Play the wav file."); s<VJ`Ur
} jL_5]pzJ
} a}yR p
FmI;lVF0j
public class MediaPlayer <kbnu7?a*
{ Q>%E`h
//根据需要完成任务的单向分派 o9+Q{|r
public void Play(AudioMedia media) WZK
:.y
{ }`]]b+_b>@
media.Play(); #Fzb8Yo
} f?-J#x)
} PbN3;c3
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 {AgBwBCE
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ^A#x<J+
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: (&c,twa~
public abstract class VideoMedia GNZ#q)qT
{ {(0Id !
public abstract void Play(); LG6I_[
} ]}~4J.Yn
EL +,jrU~
public class RM:VideoMedia |^!Vo&T
{ nx$bM(.
public override void Play() ?Cc :)
{ 3):?ZCw7y
MessageBox.Show("Play the rm file."); +7Rt{C,
} )Ga8`t"
} PW)8aLU
=mLeMk/7 w
public class MPEG:VideoMedia .hne)K%={y
{ hgwn> p:S#
public override void Play() oG\>--
{ ^'YHJEK
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); r0u J$/!
} S}mm\<=1
} CjV7q y
$eMK{:$O
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。 eI?HwP{m
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: K1-+A2snhV
#G~wE*VR$
public interface IMedia C*Xik9n
{ vX 1W@s
void Play(); 9tAE#A
} B!iFmkCy
FE}s#n_Pd
public abstract class AudioMedia:IMedia X2{`l8%Ek
{ QA,*:qx
public abstract void Play(); q;No"_aAd
} D}Au6
QH:>jmC{1h
public abstract class VideoMedia:IMedia cqjl5UB
{ 6kR
-rA
public abstract void Play(); Rv,Mu3\~#c
} 1q`k}KMy
)*W=GY*
这样再更改MediaPlayer类的代码: RUqO!s~#rY
public class MediaPlayer KG-y)qXu
{ ph+M3q(z
public void Play(IMedia media) Cy6%S).c
{ wBE7Bv45
media.Play(); ^vG=|X|)c
} 7?,7TR2Ny
} Nuo^+z
E
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ~W3:xnBEk
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。 ;/R kMS
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。 _hWuAJ9Qy
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0W_mCV
{ X*)?LxTj
IMedia media = null; '9"%@AFxZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d~sJ=)
{ M6&~LI.We=
case ("mp3"): T:6K?$y?
media = new MP3(); `ReGnT[
break; 9p4%8WhJ
//其它类型略; X0!Bs-WFp
case ("rm"): Enu!u~1]F
media = new RM(); 'H!V54
\j
break; TqXge{r
//其它类型略; W oWBs)E
} FN>L7
*,0
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); df^0{gNHx
player.Play(media); _TrZ'iL}T
} N6WPTUQ1mF
rykj2/O
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 8-A:k E
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 gU+ss
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 1z3]PA!R
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 \FVNXUMU
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: B#QL M^
public interface IMediaFactory b]"2VN
{ k?<i*;7
IMedia CreateMedia(); ma1(EJ/
} eVrnVPkM
K[e`t%2_
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: xUIvLH=
public class MP3Factory:IMediaFactory IeH^Wm&^
{ `|&\e_"DE
public IMedia CreateMedia() =,O/,2)
{ )dqR<)
return new MP3(); 7:z>+AM[r
} ' 4,y
} hN[X 1*
//其它工厂略; *B%y`cj|
zf`5>h|
public class RMFactory:IMediaFactory -Sx0qi'%
{ aXX,Zu^
public IMedia CreateMedia() 4{Q$!O>
{ U7jhV,gO4
return new RM(); kp'b>&9r
} J9NsHr:A[
} JR])xPI`
//其它工厂略; -!@H["
jiqi!*
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。 WUzSlZq
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: hK
Fk$A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) bAN 10U
{ mlD%d!.
IMediaFactory factory = null; 15o9CaQw4"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
c^rC8E
{ *U:VM'a
//音频媒体 G aha Z
F
case ("mp3"): oN_S}o
factory = new MP3Factory(); #,t2*tM
break; ?Y%}(3y
//视频媒体 w8G7Jy
case ("rm"): LFl2uV"
factory = new RMFactory(); BQ).`f";d
break; 6euR'd^Qi
//其他类型略; 1]"D%U=
} 2@rp<&s
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4tbw*H5!5
player.Play(factory.CreateMedia()); [|y`y%
} W&HF?w}s
uPI v/&HA
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。 T:be 9 5!,
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: )gr}<}X)B
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,;9ak-$8p
{ m"5{D*|
IMediaFactory factory = null; ~u};XhZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) sq6>DuBZz
{ 7F,07\c
case ("mp3"): ^cB49s+{e
factory = new MP3Factory(); su,`q
break; , - QR
//其他类型略; dz{#"No0
case ("rm"): Cq-hPa}2
factory = new RMFactory(); c]GQU
break; Lc58lV=
//其他类型略; nUiS<D2
} 8w03{H
0
IMedia media = factory.CreateMedia(); O5g}2
media.Play(); &\JK%X.Jlt
} /TzNdIv
%=laY_y
G
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 B0 6s6Q
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 )C'G2RV
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 s>LA3kT
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: uCY(:;[<
jn.R.}TT
<appSettings> 3yeK@>C
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ;gZwQ6)i
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 2b; rr
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> CW.&Y?>Tv
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,Y`'myL8W
</appSettings> x eJ9H~^
!x`;>0
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: ,O$Z,J4VL
private void InitMediaType() );0<Odw%.
{ d\v$%0
cbbMediaType.Items.Clear(); qlz( W
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) <FCj)CP%
{ suA+8}o]
cbbMediaType.Item.Add(key); :({-0&&_
} }rO?5
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; yTzY?
} *rS9eej
k\sc }z8X
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: qFV;n6&V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ly#h|)
{ ~%olCxfO
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); \;nD)<)J
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); }wvwZ`5t
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Fg_?!zR>6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 5}vRo;-
factoryDllName).Unwrap(); #JK;&Dg!
IMedia media = factory.CreateMedia(); ;k9
?
media.Play(); yd7lcb
[
} p:DL:^zx
Y}AmX
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。 3!i.Fmo
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: Gg
7WmL
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 jA20c(O
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!