面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) [q[37;ZEQ
; o_0~l=-/
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。 g3NUw/]#
一、传统过程化设计思想 %w65)BFQ
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>sLb(2\i
public class MediaPlayer <6 Rec^QF
{ ANu>*
private void PlayMp3() ^)>( <6
{ PtW2S 1?j
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m#RJRuZ|2V
} gUx}vE-
(Fzy8
s
private void PlayWav() 96V8R<
{ aH_c84DS
MessageBox.Show("Play the wav file."); :\"0jQ.y|
} G'/GDN^j
2\1+M)
public void Play(string audioType) '|ntwK*f
{ nahq O|~
switch (audioType.ToLower()) lgU!D |v
{ BVb^ xL
case ("mp3"): )>FAtE
PlayMp3(); "PI;/(kR
break; o( zez
case ("wav"): {\1bWr8!U
PlayWav(); hTn"/|_SW
break; e*}zl>f
} Ie^Ed`
} 'D5J5+.z
} :zKW[sF
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。 a4^hC[a
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。 [6mK<A,/
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! rueaP
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。 "{D/a7]lC
二、面向对象设计思想 JL87a^ro
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! WkA47+DsV
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: ;`7~Q
public class MP3 h76j|1gI
{ GE!nf6>Km
public void Play() *%;A85V/
{ "t4z)j;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); c%doNY9Q
} ^vd$j-kjTP
} u9S*2'
}=bzUA`C
public class WAV jD S\
{ iw,uwh|L
public void Play() G^)]FwTs
{ a^J(TW/
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]C,j80+pK
} }VJ>}i*
} ,g7O
j
"<?9/r
Public class MediaPlayer &EV%g6
{ sX~E ~$_g
switch (audioType.ToLower()) 1iz =i^}
{ _9lMa7i
case ("mp3"): ^\gb|LEnK
MP3 m = new MP3(); \UK}B
m.Play(); 5\quh2Q_
break; -&2Z/qM&!
case ("wav"): #1J,!seJ
WAV w = new WAV(); lot`6]
w.Play(); @
,X/Wf
break; ZzE( S
} lF(v<drkB
} }XBF#BN
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。 Qt4mg?X/
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) I*a@_EO
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。 GW>F:<p
public class AudioMedia GqCBD-@4v.
{ =H;n$ -P
public void Play() ]"V_`i7Z
{ cN&Ebn
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); G>vK$W$f N
} *$0*5d7
} }~@/r5Zl
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Lf%3-P
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: &{8:XJe*,%
public abstract class AudioMedia a%`Yz"<lQ
{ ^x O](,H
public abstract void Play(); 9)tb=
} _?"y1L.
p)B/(%
public class MP3:AudioMedia J(#6Cld`c
{ 9~~NxWY%x
public override void Play() 1<m`38'
{ L-?ty@-i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m^L !_~
} :(US um
} WZ?>F
OlyW/hd
public class WAV:AudioMedia ~F-knEvL
{ F?2UHcs
public override void Play() ,4"N7_!7
{ ^?Xs!kJP
MessageBox.Show("Play the wav file."); e+BZoK ^
} ZOPK
} A-4;$
QSm
+&u/R')?6r
public class MediaPlayer PR|z -T
{ ((]i}s0S
//根据需要完成任务的单向分派 [(*Eg!?W=
public void Play(AudioMedia media) Ich^*z(F$
{ P,] ./m\J
media.Play(); &Pme4IHtm
} Ti)Me-g
} 5?H8?~&dz
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)。 z#&1>
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。 =!SV;^-q
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: 1]''@oh{6U
public abstract class VideoMedia Ld.9.d]
{ nQV0I"f]?]
public abstract void Play(); $#f_p-N
} !o`7$`%Wz\
(^iF)z
public class RM:VideoMedia [r"Oi|
8I
{ QErdjjgE
public override void Play() yOz6a :r
{ V.
i{IW
MessageBox.Show("Play the rm file."); &X:;B'
} 8:c=h/fa
} vzs4tkG
fD[O
tc
public class MPEG:VideoMedia DQK?y=vf
{ [(Z(8{3i
public override void Play() ^=^\=9"
b
{ Z#@
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Zfk]Z9YO
} 2LN6pu
} X7-*`NI^
sDNWB_~
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。 \;MP|:{pU
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: [ S
py\:u5QS
public interface IMedia Qqg.z-G%.
{ }kQ{T:q4
void Play();
!D['}%
} #%QHb,lhl
G?@W;o)
public abstract class AudioMedia:IMedia }I
uqB*g[t
{ }&/>v' G
public abstract void Play(); nxhlTf>3
} d@ 8M_
O |
:AlvWf$d
public abstract class VideoMedia:IMedia !dwZ` D
{ nG4ZOx.*1g
public abstract void Play(); mWZP.w^-
} + Fo^NT
BAXu\a-C_
这样再更改MediaPlayer类的代码: V5$Gb6?K
public class MediaPlayer P^"RH&ZQJ
{ '|=Pw
public void Play(IMedia media)
t* Ct*
{ )rP,+ B?W
media.Play(); ^cNuEF9
} '6vo#D9M
} kCEuzd=$V
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ) ??N]V_U
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 A^FkU
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 hNh!H<}|m8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) D+:s{IcL<
{ /UK?&+1qE
IMedia media = null; \h3HaNC
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) wi+Qlf
{ v)*MgfS
case ("mp3"): =&08s(A
media = new MP3(); tf 7HhOCYX
break; >6yQuB
//其它类型略; \&+Y;:6
case ("rm"): }*rS g .
media = new RM(); ]wDqdD y7S
break; qdZ ^D
//其它类型略; eY#^vB
} wipl5O@L
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); R.WB.FP
player.Play(media); d #1&"(
} >)C7IQ/
PcA^ jBgGl
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 EpG9t9S9
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 R98YGW_
dT
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ^@8XJ[C,_
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 `},:dDHI
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: :k?`gm$
public interface IMediaFactory ;UgwV/d
{ @k;65'"Q
IMedia CreateMedia(); VD&wO'U
} @yb'h`f]
M2ex
3m
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: f_O|
public class MP3Factory:IMediaFactory 8D`+3
{ Xj+_"0
#
public IMedia CreateMedia() l (rm0_
{ i/-IjgM"-
return new MP3(); p5E
okh
} !yj1X
Ar
} ij:a+T
//其它工厂略; @C@9Tw2Y
QyL]-zNg
public class RMFactory:IMediaFactory Bj4c_YBte
{ vkJyD/;=
public IMedia CreateMedia() N KgEs
{ kM4z
%
return new RM(); sryA(V
} X=-= z5
} USEmD5 q
//其它工厂略; {M:/HQo
}iDRlE,
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。 C ibfuR
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: Dti-*LB1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) PTe$dPB
{ MkFWZ9c3
IMediaFactory factory = null; 3HXeBW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
Txo{6nd/
{ ZiY2N*,VO
//音频媒体 $:5h5Y#z
case ("mp3"): zUJXA:L9
factory = new MP3Factory(); p*jU)@a0
break; :_i1gY)
//视频媒体 5P #._Em
case ("rm"): JdI*@b2k[
factory = new RMFactory(); cd,'37 pZ
break; cHr]{@7Cs
//其他类型略; YIW9z{rrs
} X sJ`x
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); d(t)8k$
player.Play(factory.CreateMedia()); Y_faqmZ9]
} =>PX~/o
W (TTsnnx
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。 .(Ux1.0C
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: >.P*lT
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) qU6!vgM&
{ n1|]ji[c
IMediaFactory factory = null; W:n\,P
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;Co"bP's
{ Mfz(%F|<
case ("mp3"): <5KoK!H
factory = new MP3Factory();
VJK4C8]
break; b?0WA.[{
//其他类型略; J6EzD\.Y)
case ("rm"): XdIno}pN
factory = new RMFactory(); \I i#R
break; $#e}9g.
//其他类型略; \4$Nx/@Q}
} ?~.9:93
IMedia media = factory.CreateMedia(); o/
\o-kC}
media.Play(); 6flO;d/v
} B YB9M
o(v`
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。 Z{(Gib~{N
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。 !^L}LtqHI
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。 as3uz
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: 9VaSCB
|af<2(d
<appSettings> ;QuxTmWp^
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 6k,@+@]t.
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> fU.hb%m)Q\
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> _`QME r?
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> G2[2y-Rv
</appSettings> 0j;|IU\
HWoMzp5="3
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: &flcJ`
private void InitMediaType() < :eKXH2
{ PTpCiiA@
cbbMediaType.Items.Clear(); $aXYtHI
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) T5 pc%%q
{ 2mj>,kS?c
cbbMediaType.Item.Add(key); 4mBM5Tv
} UlN}SddI9
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; /Y\q&}
} #9"lL1
b N>Ar
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: /mE:2K]C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \2@9k`
{ J=^5GfM)J
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ND9;%<80
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); *sfz+8Y
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; _jkJw2+s\
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, q{,yas7}
factoryDllName).Unwrap(); ZMyd+C_P2
IMedia media = factory.CreateMedia(); <0`"vPU
media.Play(); QQHC
1
} 6*ZZ)W<
t@cBuV`9c
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。 :i?c
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: Qw%0<~<
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Z#%77!3
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!