面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) hlt9x.e.A
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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。 :a#|
一、传统过程化设计思想 #zh6=.,7
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: |2tSUOZ
public class MediaPlayer S;G"L$&\
{ 75' Ua$
private void PlayMp3() ;g!xQvcR
{ 8Fyc#Xo8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); B>c[Zg1
} ](idf(j
4"`=hu Q
private void PlayWav() GA}hp%
{ kjQIagw
MessageBox.Show("Play the wav file."); /6?tgr
} eU<]h>2
w/)e2CH
public void Play(string audioType) 2*b#+ b
{ !^rITiy
switch (audioType.ToLower()) gt(X!iN]
{ :"h
Pg]'
case ("mp3"): m(Pz7U.Q
PlayMp3(); 3g4vpKg6c
break; w;g)Iy6x
case ("wav"): O p!
PlayWav(); Vw6>:l<+<
break; T(t
<Ay?c
} xV
}:M
} pb $ An<P
} lUy*549,
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。 IX > j8z[
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。 96^1Ivd
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! `*.r'k2R
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。 w%!k?t,*]
二、面向对象设计思想 .je~qo)
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! A@fshWrl%
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: J?UZN^
public class MP3 "1=.5:yG
{ S.?\>iH[
public void Play() |>m# m*{S
{ !ds"88:5^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1VPfa
} t/EMBfLc
} Y:#kel<
~`W6O>
public class WAV 2xz%'X%
{ #Q!c42}M
public void Play() s0`]!7D<
{ Q*oA{eZY
MessageBox.Show("Play the wav file."); g6k&c"%IQ(
} ]y$V/Ij=qK
} C>\h?<s
Gh chfI.
Public class MediaPlayer pfT`W T
{ 8z3I~yL_`+
switch (audioType.ToLower()) -X6\[I:+A
{ A$$R_3ne
case ("mp3"): RLeSA\di
MP3 m = new MP3(); %<bG%V(
m.Play(); Q:Nwy(,I
break; HT1dvC$COo
case ("wav"): LmT[N@>"
WAV w = new WAV(); l%Fse&4\
w.Play(); D+@/x{wX2
break; 7o 83|s.Bm
} ?Sd~u1w8K
} !Sr0Im0
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 , L AJ
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) &d &oP
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 N";dG 3
public class AudioMedia e-duZ o
{ is_dPc
public void Play() Q'%5"&XFD
{ J7 zVi
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); nP3;<*T P0
} /d]V{I~6
} 0ga1Yr]
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。
DFZ:.6p
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: u3v6$CD?
public abstract class AudioMedia `mHOgS>|
{ Z ^9{Qq
public abstract void Play(); &xMJ^Nv
} ]I.& .?^i0
7T(OV<q;#
public class MP3:AudioMedia 1Ag ;s
{ ofJ]`]~VG
public override void Play() JQVw6*u{
{ zi DlJ3]^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {"@b`
} r&l*.C*
} Q i'WV9ke
,VcDvZ7
public class WAV:AudioMedia $'mB 8 S
{ Ubos#hP
public override void Play() gPhw.e""
{ +e3WwUx
MessageBox.Show("Play the wav file."); po](6V
} { ves@p>?
} |?t8M9[Z
%JA&O
public class MediaPlayer ? 3E_KGI
{ tX`[6`
//根据需要完成任务的单向分派 ff5
Lwf{{
public void Play(AudioMedia media) nluyEK
{ 4\eX=~C>:
media.Play(); :pF]TY"K.
} O]r3?=
} la"A$Tbu~
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)。 EX_sJ c
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。 MnrGD>M@|
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: $rQFM[
public abstract class VideoMedia QGCdeE$K
{ bCx1g/
public abstract void Play(); cTIwA:)D
} w)y9!li
_I}L$
public class RM:VideoMedia gBiQIhz
{ r(2'0JQ
public override void Play() [#*?uu+
jK
{ pNf9
MessageBox.Show("Play the rm file."); ]ieA?:0Hi
} _Ag/gu2-?
} ~FCSq:_
JLV}Fw
public class MPEG:VideoMedia xS\QKnG.
{ W<hdb!bE
public override void Play() |I^Jn@Mq:
{ { )GEgC
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); n#L2cv~Aj"
} @p` CAB
} 6UAxl3-\
<{xAvN(:
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。 5Z1Do^
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: V-U
^O45
lX k-86[M
public interface IMedia gwB>oi*OE
{ a:%5.!Vd
void Play(); _x|8U'|Ce
} {hq ;7
ci NTYow
public abstract class AudioMedia:IMedia j[ZniD
{ xW;[}t-QS
public abstract void Play(); G~hILW^
} o/[yA3^
wj5s5dH
public abstract class VideoMedia:IMedia
T]Td4T!
{ LY cSMuJ
public abstract void Play(); 64?$TT
} 3!w>"h0(
Oi&w_
Z0
这样再更改MediaPlayer类的代码: Cy> +j{%!
public class MediaPlayer <UHWy&+z&
{ |b@A:8ss
public void Play(IMedia media)
M=abJ4
{ >sS:x,-
media.Play(); l
\n:"*To
} 7<'i #E~
} :-@P3F[0
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 6{r[ Dq
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。 /ZN5WK
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。 AdS_-Cm
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,) jB<`
{ WHavz0knf[
IMedia media = null; wQS w&G
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $
5-2cL
{ @`*YZq>p
case ("mp3"): L , Fso./y
media = new MP3(); +/lj~5:y
break; Q
pc^qP^-
//其它类型略; 5@rqU(]<
case ("rm"): *_rGBW
media = new RM(); tYNt>9L|
break; Wq&c,H
//其它类型略; !4.^@^L|\
} "8dnFrE
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [a*>@IR
player.Play(media); ]BD5+>;
} ~{$'s p0
aYCzb7
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 4xn^`xf9
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 a}7KpKCD
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 MCpK^7]k
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 @gGuV$Mw
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: {QkH%jj
public interface IMediaFactory +~.Jw#HqS
{ a2_IF,p*?
IMedia CreateMedia(); \~j(ui|
} ]_xGVwem
*G|]5
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: l8lR5<
public class MP3Factory:IMediaFactory .Tqvy)'
{ wTbIS~!gF
public IMedia CreateMedia() qc"/T16M]
{ yVv3S[J
return new MP3(); !)3Su=*R
} "$;:dfrU
} Xn'>k[}<k
//其它工厂略; 4DM|OL`w
Mo|5)8_
public class RMFactory:IMediaFactory *n?:)(
{ 6T_c#G5
public IMedia CreateMedia() iL'
]du<wk
{ leJd){
return new RM(); HD|)D5wH|
} _JO @O^Ndd
} X1D:{S[
//其它工厂略; @CUDD{1o
<"% h1{V
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。 %4K#<b"W
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: d/QM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j".6
{ l Nt o9
IMediaFactory factory = null; L<]PK4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n}kz&,
{ y^BM*C I
//音频媒体 8?pZZtad
case ("mp3"): hIr^"kVK
factory = new MP3Factory(); ~Nh7C b_
break; HjR<4;2
//视频媒体 bvTkSEN
case ("rm"): zz*[JIe
factory = new RMFactory(); w2AWdO6
break; R;2 -/MT-
//其他类型略; 7Wn]l!
} !Ve3:OZ.nO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); UeQ%(f
player.Play(factory.CreateMedia()); J/2pS
} >(a_9l;q
Xq^{P2\w1
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。 K#m o+n5-;
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: V#KM~3e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) SJ@_eir\o
{ 2@rc&Tx
IMediaFactory factory = null; ~h+3WuOv
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IDZn,^
{ ;r}<o?'RM
case ("mp3"): xc3Q7u!|
factory = new MP3Factory(); ^Tmmx_Xw
break; j
pV
//其他类型略; 8;rS"!qM
case ("rm"): {4*%\?c,n
factory = new RMFactory(); \zyGJyy.
break; xbA2R4|
//其他类型略; n_glYSV!
} &t4(86Bmq
IMedia media = factory.CreateMedia(); mJT
m/C
media.Play(); 8=uljn/
} 0[Aa2H*
mj~CCokF{?
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。 Y
[S^&pF
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。 FFGTIT# {"
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。 sBL^NDqa2
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: ,_O[;L
;oE4,
<appSettings> Lq^/Z4L
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 1]~}0;,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> -XB>&dNl)T
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> mQJ GKh&Pk
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> dGjvSK<1@
</appSettings> K2Zy6lGOZ
d?.x./1[qi
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: R\?!r4
private void InitMediaType() _Qas+8NW
{ 24fWj?A| ^
cbbMediaType.Items.Clear(); { q<l]jn9
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) v>R.ou(
{ TmiQq'm[b
cbbMediaType.Item.Add(key); [XK"$C]jHJ
} &5<lQ1
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #$E
vybETx
} 2$ =HDwv
3WS %H17
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Ja1*a,],L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mHy]$Z
{ 2BY:qz%:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); lhU# /}Z
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); jL<.?HE
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; l?~h_8&fT
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 6G],t)<A'-
factoryDllName).Unwrap(); :nt%z0_
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3-D!Z S&
media.Play(); HS7!O
} +FR"Gt$g
Kkm7L-
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。 ';%g^!lM
a
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: WjB[e>
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 qMkP/BjV
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!