面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 7cTk@Gq
rcN 9.1
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。 (u1m]WYL
一、传统过程化设计思想 ~nY]o"8D
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: }q[Bd
public class MediaPlayer >BVoHt~;
{ '{b1!nC;
private void PlayMp3() s60
TxB
{ L{fFC%|l2L
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); q_[G1&MC
} I5ZqB B
|>
enp>
private void PlayWav() 9KuD(EJS
{ quxdG>8
MessageBox.Show("Play the wav file."); t18$x"\4k
} `3_lI~=eH
CH#k(sy
public void Play(string audioType) ec3<%+0f
{ ;2xO`[#
switch (audioType.ToLower()) c1XX~8
{ Af(WV>'
case ("mp3"): 5*-3?
<)e
PlayMp3(); 7^6uG6
break; +9;2xya2
case ("wav"): fS&6
PlayWav(); sW@krBxMv
break; 6<76H
} ~NcQ1.
} aM3gRp51cj
} BMyzjteS+
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 7:E!b=o#
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 K%5"u'
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! e^1uVN
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 |a^U]
二、面向对象设计思想 '@nbqM
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! f58?5(Dc|
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 2{|$T2?e
public class MP3 V ~{fB~
{ {R6HG{"IS6
public void Play() ;q>9W,jy
{ zCaT tb|@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); XzIx:J6
} =n(3o$r(
} TI|/u$SJ<Z
PJ4(}a
public class WAV }2 8=
{ ,E )|y4
public void Play() #KlCZ~s
{ [^YA=Khu
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8+Llx
} c3%@Wj:fo
} "/{RhY<
BqK(DH^9N
Public class MediaPlayer !~i'
-4]
{ Z~
switch (audioType.ToLower()) 3>M&D20Z
{ !U%T&?E l
case ("mp3"): :iWS\G^U
MP3 m = new MP3(); fh8j2S9J
m.Play(); s"KJiQKGM
break; ,MPB/j^o5!
case ("wav"): Gbpw5n;e
WAV w = new WAV(); #]WqM1u
w.Play(); *jq7X
break; "_UdBG
} }n:?7
} >R,'5:Rw
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。 U&Wwyu:4i
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) g`^X#-!(
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。 bBcp9C)iY
public class AudioMedia &C<yfRDu
{ !%(h2]MQ
public void Play() Fh|#u:n
{ SymwAS+
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ,i9Byx#TN
} Ga>uFb}W~
} K BE Ax3
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)。 B;6]NCxD
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: iRo.RU8>
public abstract class AudioMedia ;h=*!7:
{ k*rZ*sSp
public abstract void Play(); Cs3^9m6;d
} y;cUl, :v
F'}'(t+oAm
public class MP3:AudioMedia 7R.Q
Ql
{ .R*!aK
public override void Play() "^j>tii
{ r;>+)**@vl
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Xr63?N
} BAj-akc f
} k,F"-K+M
}GMbBZ:nKK
public class WAV:AudioMedia ^jB8Q
{ %VJ85^B3
public override void Play() lf<S_2i
{ asiov[o;
MessageBox.Show("Play the wav file."); fc=Patg
} :# E*Y8-
} .{KjEg 6
eK_*2=;XRW
public class MediaPlayer Qp,DL@mp>8
{ `N//A}9
//根据需要完成任务的单向分派 cLa]D[H
public void Play(AudioMedia media) Di_2Plo)4
{ 7tM9u5FF
media.Play(); sZWaV4
} g>0XxjP4
} 1LJuCI=~
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)。 gJiK+&8I
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。 sxKf&p;
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: :AdDLpk3j
public abstract class VideoMedia -~[9U,
{ V"o7jsFH6n
public abstract void Play(); <:FP4e
"(
} u=F+(NE"
fA%z*\
public class RM:VideoMedia 3ya1'qUC
{ 5RH2"*8T
public override void Play() >Iewx
Gb>
{ 6Tw#^;q-
MessageBox.Show("Play the rm file."); =\#%j|9N9
} X=JmF97
} GDhE[of
4D%9Rc0 G
public class MPEG:VideoMedia anw}w!@U
{ #PDf,^
public override void Play() SKuIF*"!S
{ Ab%;Z5$fr
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); EFuvp8^y
} 4(neKr5\#
} r)9Dy,
f %lD08Sl
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。 S d/?&
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: "vYE+
@ l1
public interface IMedia UtB6V)YI
{ Rgo rkZlVM
void Play(); l\AMl
\
} .?p\n7
(BxJryXm
public abstract class AudioMedia:IMedia +MbIB&fRCB
{ 'bGX-C
public abstract void Play(); > oA?6x
} l+V,DCE
QVF]Ci_=
public abstract class VideoMedia:IMedia "Td`AuP@,
{ bPD`+:A_
public abstract void Play(); 8(.mt/MR
} k%wn0Erd
Xtz-\v#0o'
这样再更改MediaPlayer类的代码: P1b'%
public class MediaPlayer pL1Q7&&c0
{ 6iEhsL&K
public void Play(IMedia media) hmx=
35
{ 9][(Iu]h7
media.Play(); n,eJ$2!J
} =cN&A_L(
} id<:p*
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 IW8+_#d
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 7"7rmZ
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Q$obOEr2(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )%SkJ
{ W3vi@kb]
IMedia media = null; !3iGz_y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mNf8kwr
{ E3@QI?n^^
case ("mp3"): =.]l*6WV
media = new MP3(); [S.ZJUns
break; RsU3Gi_Zdz
//其它类型略; kt[:@Nda9
case ("rm"): I/VxZ8T
media = new RM(); Q'+MFld
break; P o jmC
//其它类型略; %N;!+
;F_g
} Z3k(P
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); /vY_Y3k#
player.Play(media); Zh5RwQNE~
} 'Y$R~e^Y?
`c/*H29
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 48|s$K ^
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。 O\K_q7iO6
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。
:Ih|en^w
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。 N=:5eAza
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: 0JgL2ayIVI
public interface IMediaFactory `28};B>
{ VIP7OHJh
IMedia CreateMedia(); G*S|KH
} @)kO=E d
IchCACK
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: hlu:=<B
public class MP3Factory:IMediaFactory ug{R 3SS
{ 7NC=*A~
public IMedia CreateMedia() < B_Vc:Q
{ 9ukg }_Hx
return new MP3(); D+~_TA
} 1)}=bhT
} j8|g!>Nv
//其它工厂略; =fm]D l9h*
hYQ_45Z*?
public class RMFactory:IMediaFactory c4_`Ew^k
{ TF2>4 p
public IMedia CreateMedia() ?u4INZ0W
{ 2=?tJ2E
return new RM(); ^:9$@+a
} `cx]e
} yNm:[bOER
//其它工厂略; Z5c~^jL$-
Te2zK7:
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。 Ladsw
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: Xtwun
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AamVms
{ )CX4kPj
IMediaFactory factory = null; 0y<wvLv2C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7W6cM%_B
{ g}p;\o
//音频媒体 V\V)<BARe
case ("mp3"): iK?b~Q
factory = new MP3Factory(); "<}&GcJbz
break; J 5h+s-'
//视频媒体 +A~\tK{
case ("rm"): e4~>G?rM_
factory = new RMFactory(); +(uYwdcN
break; #fj/~[Ajv
//其他类型略; 2F%W8Y3
} #W.vX?-'0
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); SXao|{?O
player.Play(factory.CreateMedia()); p3/*fH98
} tpy>OT$
Cf B.ZT
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。 $3Z-)m
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 7PR#(ftz
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `h}q
Eo`
{ 9N%JP+<89
IMediaFactory factory = null; j@Yi`a(sdm
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \A`hj~
{ JT
fd#g?I
case ("mp3"): X(jVRr_m9
factory = new MP3Factory(); 2<mW\$
break; sH[
-W-
//其他类型略; [m+iQVk'
case ("rm"): @aQ1khEd
factory = new RMFactory(); _(m't n>
break; c!8=lrT.
//其他类型略; 3~e8bcb
} Le"oAA#[
IMedia media = factory.CreateMedia(); dD<fn9t
media.Play(); TO2c"7td
} Mg#j3W}]
"RVcA",
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 fC}R4f7C
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 u *
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 azjEq$<M
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: y2O4I'/5<
nUq<TJ
<appSettings> [![%9'+P
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> c*d9'}E
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> PpLU
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> [sW.CK=3
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> +i\&6HGK;-
</appSettings> Sx
^\B:R,
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: a?yMHb{F
private void InitMediaType() yT{8d.Rh
{ v#=`%]mL
cbbMediaType.Items.Clear(); iR$<$P5
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) K^r)CCO
{ 7u\*_mrv
cbbMediaType.Item.Add(key); VL9-NfeqR
} Y^%T}yTtq
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ,3I^?5
} $./bjV%
Ifk#/d
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: s] /tYJYl
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7VK}Dy/Vvn
{ .oEmU+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [P|[vWO
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 1_$xSrwcF
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; I8OD$`~*U6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, B12$I:x`
factoryDllName).Unwrap(); C0=9K@FCb
IMedia media = factory.CreateMedia(); y}C`&nW[=
media.Play(); mVtXcP4b
} e&eW|E
xUF_1hY
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。 RvJ['(-
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: N8KQz_]9I
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 "l={)=R
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!