面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) LtBH4A
8:bNFgJD
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。 r{_'2Z_i
一、传统过程化设计思想 }{"\"Bn_
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: ';%g^!lM
a
public class MediaPlayer ~S9nLb:O{
{ $n W>]S\|
private void PlayMp3() qsp,Usu/
{ PhQD}|S
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); FW4 hqgE@
} 03PVbDq-
yLP0w^Q
private void PlayWav() $O#h4L_
{ JcP'+@X"
MessageBox.Show("Play the wav file."); FYJB.lAT
} 2%I:s6r
cD\Qt9EI
public void Play(string audioType) ntT|G0E
{ ?g&]*zc^\
switch (audioType.ToLower()) a5iMCmL+
{ m`|Z1CT
case ("mp3"): _rM%N+$&d_
PlayMp3(); ]8#{rQ(
break; 'coqm8V[%
case ("wav"): >h9U~#G=
PlayWav(); ra3WLK
break; ]kPco4
} ">o/\sXeH
} ;WhB2/5v
} d7&PbITN
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。 4Y]`> ;w
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。 Qmrcng}P
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! #SdaTMLFf
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。 86Rit!ih
二、面向对象设计思想 Vl EkT9^:
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! &
2bf
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: R8KL4g-d
public class MP3 +%yh@X6
{ [Xrq+O,
public void Play() cE3co(j
{ 5IepVS(>?v
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); g^idS:GtX5
} LCG<
} _YY)-H
}LRAe3N%8
public class WAV I4*N
{ ^Iz.O
public void Play() }XUHP%
{ ?:ZH%R_`a
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;(sb^O
} X:Zqgf
} &$=F$
kK(633s
Public class MediaPlayer )sQbDA|p
{ Ub"\LUu
switch (audioType.ToLower()) 8c~H![2u
{ @EQ{lGpU3
case ("mp3"): 9we=aX5
MP3 m = new MP3(); YcI]_[
m.Play(); 5Ql6?UHD
break; ]Cj&C/(
case ("wav"):
4@5<B
WAV w = new WAV(); X>CYKRtb
w.Play(); DFiexOb
break; 5u&jNU5m_
} mB\5bSFY`
} u,C-U!A
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。 b&ADj8cKC
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) vH=I#Ajar
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。 G$Dg*<
public class AudioMedia +X< Z
43
{ }"T:z{n
public void Play() a-W&/
{ 2vwT8/
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); GP[$&8\M
} ZGrV? @o,6
} [`&cA#C9Yp
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)。 >A)he!I
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: ua{eri[
public abstract class AudioMedia Ze~\=X" "
{ E )PEKWK\
public abstract void Play(); ^O?$}sr
} *D'VW{
D H/1 :H
public class MP3:AudioMedia 5!Guf?i
{ j04Q3d
\f
public override void Play() e#AB0-f
{ qj|GAGrQ2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); q\~7z1
} D Lu]d$G
} b"gYNGgX
+vQyHo
public class WAV:AudioMedia >8,BC
{ <ZocMv9gM
public override void Play() \CL`j
{ r8xH A
MessageBox.Show("Play the wav file."); !b7H
} ^a(q7ZfY
} u]}Xq{ZN
MDlCU
public class MediaPlayer .`iq+i~
{ ZpZ~[BtQ
//根据需要完成任务的单向分派 oU2RxK->u
public void Play(AudioMedia media) d<whb2l
{ NO<myN+N
media.Play(); DQ~@=%?ni
} uIR_p\)
} X@cV']#V
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)。 "ZH1W9A
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。 =gj]R
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: c{E-4PYbah
public abstract class VideoMedia t512]eqhb(
{ T^79p$
public abstract void Play(); )&w\9}B:
} B1GSZUd^?0
)~J/,\
public class RM:VideoMedia &K7g8x"x.
{ vEb~QX0~
public override void Play() *Vc}W
{ j/W#=\xz
MessageBox.Show("Play the rm file."); f(3#5288
} 2Zl65
} !~RD>N&n
wU=(_S,c
public class MPEG:VideoMedia J3$ihH.
{ Ji7A9Hk
public override void Play() ;[|x5o/<
{ gcz1*3)
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); E1>3 [3
} ~r{Nc j
} u%T.XgY=j
s_]rje8`
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 F'"-4YV>&
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: h.c)+wz/%C
_x:K%1_[
public interface IMedia ?=\h/C
{ ve>8vw2
void Play(); Ar\`OhR
} 6=zme6D
IX3r$}4
public abstract class AudioMedia:IMedia gU8'7H2
{ ^EB}e15"
public abstract void Play(); 5tf/VT
} h;B'#$_
DZ EA*E >
public abstract class VideoMedia:IMedia Sw0~6RZ
{ C|>#|5XaF
public abstract void Play(); %xY'v$
%
} = 7jkW (Q
aC:rrS
这样再更改MediaPlayer类的代码: D3jP hPy.
public class MediaPlayer UH)A n:9
{ f[X>?{q
public void Play(IMedia media) EswM#D9(4
{ ^x4gUT-Wy
media.Play(); SmRU!C$A
} ;A|6&~E0G
} 2\7]EW
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。
Gjzhgz--
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 L-MpdC
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 2Ay2
G-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 79i>@u%
{ Y#Hf\8r,d
IMedia media = null; #-@dc
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SX;FBO(p
{ (5atU |8r
case ("mp3"): )2R:P`U
media = new MP3(); ArF+9upGY
break; LNr2YRpyz
//其它类型略; +pDuRr
case ("rm"): XX/cJp
media = new RM(); {gJOc,U4b
break; ny#7iz/
//其它类型略; `B^?Za,xN
} 8(ZQD+U(9F
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tv?~LJYN
player.Play(media); ??k^Rw+0R
} oW-luC+
hLBX,r)u
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 NjMo"1d
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。
vH`u
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ^D\#*pIO
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 u<):gI
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: FzW(An&x2
public interface IMediaFactory K+n6.BzW
{ Mj[v _&N
IMedia CreateMedia(); iS02uVmBZ
} Mq6"7L
~uV.jh
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: YKj7~yK?
public class MP3Factory:IMediaFactory 4,uH 4[7
{ \+
K
^G
public IMedia CreateMedia() 'os-+m@
{ &L+u]&!6C
return new MP3(); U|iSJ%K
} ]2tX'=X
} (2<0kqj%
//其它工厂略; ,u!c|4
tV%M2DxS
public class RMFactory:IMediaFactory jH\@Oc;7
{ <Y9ps`{}:
public IMedia CreateMedia() wxF9lZz
{ cl^tX%
return new RM(); c6Wy1d^
} F!N;4J5u
} e PlEd'Z
//其它工厂略; )(y&U
Z1*y$=D?3[
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。 E5.)ro=$
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: /J1O{L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) C
<]rY
{ 0;o`7f
IMediaFactory factory = null; (%\N-[yZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eBG7]u,Q
{ 2v yB[(
//音频媒体 iv\?TAZC
case ("mp3"): {cC9
}w
factory = new MP3Factory(); .~C*7_
break; |VTm5.23
//视频媒体 f |aO9w
case ("rm"): / [:@j+n\
factory = new RMFactory(); 7@MVInV9
break; oO!@s`
//其他类型略;
S+_}=25
} tOS%.0W5J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); HuCH`|v-
player.Play(factory.CreateMedia()); i3N _wv{
} fq_ 6xs
q4Qm:|-
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。 mJ[LmQ<:
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 .4Nhd
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Spt[b.4m F
{ J7_'@zU
IMediaFactory factory = null; A'p"FYlCW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]#TL~u[
{ Yw4c`MyL
case ("mp3"): {WT"\Xj>B?
factory = new MP3Factory(); }G_ i+
break; -N~*h
//其他类型略; PUF"^9v
case ("rm"): G23Mr9m5O
factory = new RMFactory(); (\>_{"*=
break; j=M_>
//其他类型略; 0g~WM
} ^=}~
IMedia media = factory.CreateMedia(); T&6{|IfM_
media.Play(); :>;-uve8'
} /w`{]Ntgu
C
KBLM2D
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。 pu,/GBG_
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。 uXyNj2(d.
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。 G{$9e}#
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: t&eY+3y,T
zH}u9IR3`
<appSettings> D3vd O2H
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ,m9Nd "6\
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> A:0
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> L*Xn!d%
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> m},nKsO
</appSettings> wnN@aO6g*
9c4 6|
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 1DN,
private void InitMediaType() m>jX4D7KZ
{
YNH>^cD1
cbbMediaType.Items.Clear(); YLJH?=2@
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Y+F$]!hw
{ GL9R
5
cbbMediaType.Item.Add(key); C5*j0}
} P2!@^%o
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; wwmMpK}f
} LPvyfD;Zy
jrvhTej
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: !nU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `3*>tq
{ p%G4Js.
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ;XZ5r|V}
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); TJ
;4QL
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; u3dh MnUn
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ?,;|*A
factoryDllName).Unwrap(); +g@@|&B
IMedia media = factory.CreateMedia(); !D7[R'RgY
media.Play(); EAqTXB@XU
} vFV->/u
!c\s)&U7B
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。 hm&{l|u{RU
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: kS8srT
/H
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 vWXj6}
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!