面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) H?xYS|
n
$P%cdJ T0
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 ~$"2,&
一、传统过程化设计思想 P4/~_$e
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: L*vKIP<EMM
public class MediaPlayer gA@Zx%0j
{ ]T2Nr[vu
private void PlayMp3() E7aG&K
{ r=54@`O!
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); SR?(z
} u-mD"
?k;htJcGv
private void PlayWav() &CN(PZv
{ $p$p C/:%
MessageBox.Show("Play the wav file."); s2 :Vm\
} m&'!^{av
&"hEKIqL
public void Play(string audioType) jcBZ#|B7;
{ 3hUP>F8
switch (audioType.ToLower()) VRD^> Gi
{ DGS,iRLnA
case ("mp3"): AS;qJ)JfzQ
PlayMp3(); |')PQ
break; Aq3\Q>klH)
case ("wav"): &Vgpv#&Cfx
PlayWav(); wp>
z04
break; 6CW5ay_,
} x',6VTz^
} &`tAQN*Z
} ~<s^HP2U{
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。 "h7Dye
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。 ;ny 9q
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! j F/S2Ty2
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。 8]R{5RGy
二、面向对象设计思想 g]`YI5
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! wEJzLFCn
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: _5x]BH6f
public class MP3 BpYxH#4
{ Y~UAE.
public void Play() Zzz94`
{ ._`rh
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &oy')\H
} <yBa5m@/
} j:/Z_v'
}N$f=:iI
public class WAV Qf}.= (
{ 8Gnf_lkI
public void Play()
uKvdL
"
{
P +OS
MessageBox.Show("Play the wav file."); V'MY+#
} }^p<Y5{b
} [ ;sTl~gC
ACZK]~Y'N*
Public class MediaPlayer 0_MtmmL.
{ FU>KiBV#
switch (audioType.ToLower()) iemp%~UZ
{ \hBzP^*"n
case ("mp3"): YhS_ ,3E
MP3 m = new MP3(); Z*UVbyC
m.Play(); @h!Z0}dX(
break; 2l^_OrE!
case ("wav"): 150-'Q
WAV w = new WAV(); u'>94Gm}
w.Play(); nhjT2Sl
break; G
:k'm^k
} ^+CHp(X
} ~!8j,Bqs+z
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ka8Y+Gs
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) b.@4yW
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 LyWY\K a
public class AudioMedia [wnp]'+!
{ #9!7-!4pW
public void Play() l!&ik9m
{ ih^FH>@
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); xy"'8uRi
} q#8yU\J|,
} 2.b,8wT/
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 PoPR34]^J
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: jlU6keZh`
public abstract class AudioMedia HG?+b
{ i$PO#}
public abstract void Play(); q`IY;"~
} C c:<F_UI
Sp:w _;{#
public class MP3:AudioMedia {ilz[LM8(
{ N!3Tg564j
public override void Play() z8JW iRn
{ 2b^Fz0
w4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [WG\wj.
} *qk7e[IP
} m6n%?8t
kmc"`Ogotw
public class WAV:AudioMedia "#E<Leh'
{ |l+5E
public override void Play() p^RX<L/\=_
{ !|H,g wqU
MessageBox.Show("Play the wav file."); oeZuvPCl
} %N fpEo
} aK@
Y) Ju'
4YikC
public class MediaPlayer }^&f {
{ Y_+#|]=$B
//根据需要完成任务的单向分派 -9,~b9$
public void Play(AudioMedia media) f'@ L|&w
{ yxp,)os:
media.Play(); C)EP;5k'!\
} M>p<1`t-&
} It&CM,=t
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)。 rlY0UA,
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。 >L2_k'uE+;
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: 5}ftiy[Yc
public abstract class VideoMedia m x |V)
{ pa+'0Y]71
public abstract void Play(); DR}I+<*%aD
} _Tor9Tj
4Zwbu
public class RM:VideoMedia ?<C(ga
{ uMZ~[Sz
public override void Play() W3/bM>1
{ L#byYB;E{
MessageBox.Show("Play the rm file."); T[k$ [
} |y eQz
} 0h*Le
Fw\Z[nh
public class MPEG:VideoMedia ckA\{v
{ 0ck3II
public override void Play() i:0v6d
{ Qa )+Tv
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ?1JY6v]h4
} ^?+[yvq
} xS/W}-dPv
s!/lQo5/
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。 `M6"=)twu
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: >aO.a[AM
:QGo
-,6-
public interface IMedia tSJ#
{ yT@Aj;X0v
void Play(); h'
!C
} @`4T6eL5
^WO3,
public abstract class AudioMedia:IMedia {jB>]7
{ <Q9l'u]3$c
public abstract void Play(); _90D4kGU
} kWZY+jyt P
|du%c`wl
public abstract class VideoMedia:IMedia 018SFle
{ )
bI.K[0^
public abstract void Play(); D0FX"BY7
} 3P2{M}WIl
:&vX0
Ce:
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?IHt T3'Rt
public class MediaPlayer 0@-4.IHl
{ M8X6!"B$Y
public void Play(IMedia media) {f#QZS!E
{ rAu%bF
media.Play(); -!1=S: S
} uNyN[U
} `5?0yXK
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 `z(o01y
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。 CsA (oX
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。 <WZ{<'ajI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?Te#lp;`~
{ 8Re[]bE
IMedia media = null; /GO-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <@;}q^`
{
|gO7`F2
case ("mp3"): T(?w}i
media = new MP3(); k;+TN9
break; h8`On/Ur_8
//其它类型略; M=liG+d
case ("rm"): A[+)PkR
media = new RM(); *HR
pbe2
break; ?K[Y"*y2
//其它类型略; agx8 *x
} 3)EJws!
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); FE!jN-#
player.Play(media); Ur
xiaE
} {q)d
H_RfIX)X
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 iN
Oj@3x
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。 '/u|32
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。 g D6S%O
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。 aKriO
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: p6<JpW5@_
public interface IMediaFactory (NLw#)?
{ D;0>-
IMedia CreateMedia(); {O2=K#J
} YQN:&Cls
E,6|-V;?
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: $M)i]ekm
public class MP3Factory:IMediaFactory _,L_H[FN
{ &6vaLx
public IMedia CreateMedia() [WR"#y
{ toPbFU'
return new MP3(); 7?whxi Qs
} -4Hb]#*2
} ,6{z
//其它工厂略; MWv@]P_0p!
a
-Pz<*
public class RMFactory:IMediaFactory 'Eur[~k
{ ev;&n@k_I
public IMedia CreateMedia() `#ruZM066
{ D ;> 7y}\
return new RM(); 'z8FU~oU
} ~x,_A>a
} 6AJk6W^Z
//其它工厂略; dBd7#V:}yV
{OEjITm
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 RlL]p`g
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: l'(FM^8jv
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [y9a.*]u/@
{ ~ZVz
sNrx
IMediaFactory factory = null; (BLxK)0<"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vd lss|
{ bIiuna\
//音频媒体 y{@\8B]
case ("mp3"): k 3m_L-
factory = new MP3Factory(); X+]>pA
break; lZ-U/$od
//视频媒体 ~-zIB=TyK
case ("rm"): ,N(Yjq"R
factory = new RMFactory(); nnj<k5
break; H7tviSTd
//其他类型略; jvB[bS`<H
} U)8yd,qG[%
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); .m]}Ba}J$
player.Play(factory.CreateMedia()); pZ>yBY?R8>
} [o<hQ`&
v>wN
O
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。 q|<B9Jk
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: }8 z:L<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'w=|uE {^
{ !0@4*>n
IMediaFactory factory = null; o9e8Oj&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T9V=#+8#"
{ Bn]=T
case ("mp3"): E_=F'sP?
factory = new MP3Factory(); $97O7j@
break; T>asH
//其他类型略; .1[.f}g$J
case ("rm"): '{2]:
factory = new RMFactory(); S#M8}+ZD,
break; ,)[9RgsE
//其他类型略; b$DiDm
} U&#`
<R_0
IMedia media = factory.CreateMedia(); VP
A+/5TW
media.Play(); 9\.0v{&v
} eI:[o
f/J/tt
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 ,7j8+p|},
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 G~5pMyOR
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 |2l-s 1|y
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: -0CBMoe
INr1bAe$
<appSettings> teS>t!d
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />
"/6#Z>y
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> >}* W$i
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Nb$0pc1J<
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> mzK0$y#*o
</appSettings> D-/6RVq0m
;F258/J
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: I9Ohz!RQ
private void InitMediaType() IVh5SS
{ -E|"?
cbbMediaType.Items.Clear(); QWOPCoUet
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) A:(|"<lA
{ Vbv^@Kp
cbbMediaType.Item.Add(key); 89:nF#
} xZ {6!=4!
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 0E26J@jcZ7
} rtS cQ
67rY+u%
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: r[!~~yu/o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )58O9b
{ yb',nGl~
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); \]<R`YMV
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); h&j2mv(
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; +=J$:/&U
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, hOB<6Tm[
factoryDllName).Unwrap(); :<P4=P P
IMedia media = factory.CreateMedia(); IaeO0\
4E
media.Play(); t}R!i-D|HB
} 8j>V?'Szk
S} UYkns*
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。 H7+z"^s*
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: 5Lc@=,/0
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 _5 SvZ;4
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!