面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Zuw?58RE\
HN.3
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。 q|v(Edt|_[
一、传统过程化设计思想 y7$iOR
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 1Lg-.-V
public class MediaPlayer z[cyA.
{ ld^=#]g
private void PlayMp3() yI ld75S`
{ <0QH<4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4&_NJ\
} 9P~\Mpk
gOr%!QaF
private void PlayWav() '{J&M|<A
{ n%k!vJ)]
MessageBox.Show("Play the wav file."); VsN pHQG]
} <HJl2p N
@*qz(h]\
public void Play(string audioType) qnoNT%xazo
{ CMCO}#
switch (audioType.ToLower()) PC[c/CoD
{ A%^w^f
case ("mp3"): 8:#rA*Y
PlayMp3(); 1XnZy5fEo
break; +Wx{:
case ("wav"): :^fcC[$K
PlayWav(); RgGyoZ
break; FI<q@HF
} g =2Rqi5
} Uv?|G%cD-
} KLL;e/Gf
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。 e+j)~RBnu3
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。 U
R%4@
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! ]miy/V }5
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。 TU GNq
二、面向对象设计思想 Vm df8[5
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! GG0R}',0
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@Qt.4m%g
public class MP3 r.T<j.\
{ S_T1y
public void Play() 5 gv/Pq &
{ 24/XNSE,-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); d5>H3D{49
} z)xSN;x
} A^RR@D
E^rbcGJ
public class WAV yY&3p1AxW]
{ Qq@G\eRo
public void Play() Q3 eM2i8Y
{ r 3M1e+'fc
MessageBox.Show("Play the wav file."); \y88d4zX
} JGFt0He]
} !bD@aVf?5
shH~4<15
Public class MediaPlayer q\q=PB6r
{ /c$\X<b);
switch (audioType.ToLower()) {w8 NN-n
{ LT~YFS
case ("mp3"): qA:#iJ8w
MP3 m = new MP3(); xEltwuDd?
m.Play(); S8l1"/?aHE
break; ~+H"
-+
case ("wav"): 2iU7 0(H
WAV w = new WAV(); `?y<>m*
w.Play(); *1'`"D~
break; >?]_<:
} enTW0U}
} ;ml
3
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。
/q@s
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) +'G0 {;b
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 om3`[r[{
public class AudioMedia XG@`ZJhU6
{ gUAxyV
public void Play() j.i#*tN//
{ QI!F6pGF
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); +"ueq
} M('d-Q{B7L
} H2r8,|XL
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 ==H$zmK
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: M|[ZpM+
public abstract class AudioMedia G2#d$
{ 3p*-tBOO
public abstract void Play(); @cq`:_.[
} i1oKrRv
_Hd{sd#xX1
public class MP3:AudioMedia kJ(A,s|
{ y\F=ui
public override void Play() FZH\Q~IUV
{ +jqj6O@Tjr
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .9|uQEL
} ibdO*E
} 33~qgK1>
3|rn] yZ
public class WAV:AudioMedia (shK
{ DP7C?}(
public override void Play() IC{F.2D
{ y_}SK6{
MessageBox.Show("Play the wav file."); *o' 4,+=am
} ze'.Y%]
} 0ZC,BS`D^
l9/:FiJ_
public class MediaPlayer \h3e-)
{ (_9|w|(
//根据需要完成任务的单向分派 Sd:.KRTu.
public void Play(AudioMedia media) fw{,bJ(U
{ ,fnsE^}.U
media.Play(); TRKgBK$,
} IbWPlbH
} "]t>ZT:OJ
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 1.R
kIB
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 [.q(h/b
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: hteOh#0{
public abstract class VideoMedia +=8X8<Pu
{ dALK0U
public abstract void Play(); [U_[</L7
} >$F:*lO
5a(<%Q
<"
public class RM:VideoMedia * Zd_
HJi
{ 67J*&5? |
public override void Play() ?En7_X{C?
{ 6~Wu`
MessageBox.Show("Play the rm file."); bV3lE6z
} }f}IA\8]
} `Lz1{#F2G
VjTe4$ *
public class MPEG:VideoMedia 3
Lje<KzL
{ @8"18HEp#
public override void Play() k!doIMj
{ PV,"-Nv,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); \$;~74}
} G+yL;G/
} L#j|2H|
\|Qb[{<:,
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。 (/fT]6(
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: a9[< ^
Bn-J_-%M
public interface IMedia 9d"5wx
{ J v<$*TVS0
void Play(); >h[(w
} gPUo25@pn*
dwp:iM
public abstract class AudioMedia:IMedia QV/";A3k
{ C<t RU5|
public abstract void Play(); Y*\6o7
} ( 2zeG`
wA r~<
public abstract class VideoMedia:IMedia l7Y8b`
{ DoG%T(M!a9
public abstract void Play(); S*rO0s:
} SKJW%(|3
*')Q {8`
这样再更改MediaPlayer类的代码: B<+pg
public class MediaPlayer ^5>du~d
{ Wo2v5-
public void Play(IMedia media) n7+aM@G
{ :p&IX"Hh
media.Play(); xDLMPo&
} :K;T Q
} I<xy?{s
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 j Ii[
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 Ym:{Mm=ud
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 lDlj+fK
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 08O7F
{ ;'hi9L
IMedia media = null; +:!ScG*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (tpof
5a
{ -^Rb7 g-
case ("mp3"): )+*{Y$/U
media = new MP3(); )ZN(2z
break; &8wa ih(|
//其它类型略; }/49T
case ("rm"): Ny B&uf
media = new RM(); *i%.{ YH
break; ;{]8>`im&4
//其它类型略; %P(;8sS
} |&Au6 3
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); q`cEA<~S
player.Play(media); PK_Fx';ke^
} Y=3X9%v9g
&7fY_~ )B
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 'HJ/2-=
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。 t18UDR{
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。 2|$lk8 /,
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 =zz+<!!
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: qP qy4V.;
public interface IMediaFactory \Oz,Qzr|
{ R04.K!
IMedia CreateMedia(); Q6eN+i2 ;
} >1m)%zt
9jqO/_7R+
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: BSOjyy1f
public class MP3Factory:IMediaFactory 2ve
lH;
{ *&(2`#C;
public IMedia CreateMedia() yLjV[qP
{ N&?T0Ge;
return new MP3(); 7[4_+Q:}
} )\0Ug7]?
} ]bs+:
//其它工厂略; C:rRK*
|
A3U@>6
public class RMFactory:IMediaFactory +{5JDyh0
{ u82h6s<'W
public IMedia CreateMedia() uE"5 cq'B/
{ 6 #-6Bh)>4
return new RM(); dVPq%[J2
} N$C{f;xV
} P4hZB_.=
//其它工厂略; Tld1P69(
ay=KfY5
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。 m$7x#8gF
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: f-vZ2+HP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) yT[Lzv#
{ XC*uz
IMediaFactory factory = null; Fl B, (Cm
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a];BW)
{ F9Ifw><XM
//音频媒体 x1 .3W j
case ("mp3"): !S~,>,yd
factory = new MP3Factory(); eFt\D\XOW
break; 2=igS#h
//视频媒体 >(IITt
case ("rm"):
]#Y|
factory = new RMFactory(); cYZwWMzp
break; \Ku9"x
//其他类型略; zWF
5m )-
} l4iuu
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 66I|0_
player.Play(factory.CreateMedia()); r{pI-$
} .'l.7t
1bV 2
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。 hknwis%y
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: skk-.9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a"`g"ZRx
{ mA&RN"+V
IMediaFactory factory = null; u~'m7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^/_\etV
{ }ZEfT]
case ("mp3"): X@6zI-Y%
factory = new MP3Factory(); ke3HK9P;
break; * 23m-
//其他类型略; 3v9gb,)y\
case ("rm"): Y0/jH2 n
factory = new RMFactory(); >u BV
break; J{nyo1A
//其他类型略; Z]mM
} #,f}lV,&
IMedia media = factory.CreateMedia(); w?V[[$
media.Play(); WmT}t
} dD/29b(
]C}u-B746
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。 ,cGwtt(
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。 W (=Wg|cr
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。 {Y3_I\H8{
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: p|bc=`TD
O84v*=u A
<appSettings> '(3Nopl
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> A@@)lD.
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> IyG=
7
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 9A/Kn]s(jj
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 1jUhG2y
</appSettings> \U)2
Tg
Se^/VVm
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: jm#d7@~4
private void InitMediaType()
:f?,]|]+-
{ G*vpf~q?
cbbMediaType.Items.Clear(); #q~3c;ec
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ;+r) j"W
{ Wvut)T
cbbMediaType.Item.Add(key); c{m
;"ZCFS
} eB<V%,%N#
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; .q_uJ_qu-
} A]tf>H#1
hSx+{4PZ
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ctc`^#q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) hVT=j ?~
{ ga{25q}"
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); c5B_WqjJ
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 7kX7\[zN
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; zCGmn& *M
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, j^aQ>(t(9
factoryDllName).Unwrap(); qOcG|UgF
IMedia media = factory.CreateMedia(); l# !@{ <
media.Play(); ld!6|~0U
} +QXYU8bYZ
shDt&_n
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。 JR 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: SVg@xu+
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 < ;%q
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!