面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) *UJB*r
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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。 3-n&&<
一、传统过程化设计思想 \$t{K
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: NwQ$gDgu t
public class MediaPlayer ";jAH GbO
{ D&@ js!|5
private void PlayMp3() xdY'i0fh
{ I$)9T^Ra
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); V:+vB "
} d{(Rs.GuP
eI|~neh
private void PlayWav() YnDaBpx
{ MrOtsX
MessageBox.Show("Play the wav file."); v<g#/X8
} V \FlKC
f`\J%9U _O
public void Play(string audioType) eecIF0hp
{ &9.3-E47*
switch (audioType.ToLower()) z~v-8aw
{ k<f0moxs'
case ("mp3"): F8{T/YhZ
PlayMp3(); @T.F/Pjhc
break; 8JW0;H<
case ("wav"): J4iu8_eH!D
PlayWav(); '-G,7!.,r%
break; \,:7=
} wLt0Fq6QG
} Gz8JOl
} LUz`P6
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。 Pl#u,Y
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。 L=s8em]7l
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! Bxj4rC[
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。 ?V_v=X%w
二、面向对象设计思想 NA/Sv"7om
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! 5"q{b1
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: 4K4u]"1
public class MP3 R_Bf JD.
{ =FFs8&PKys
public void Play() o$*DFvk
{ CPP9=CoR37
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); SL^%Zh/~
} kjQI=:i=
} Ml+f3#HP
8-b~p
public class WAV F%{z EANm
{ b
Hy<`p0
public void Play() [ei5QSL |
{ I9U
8@e!X
MessageBox.Show("Play the wav file."); q zo)\,
} `<Hc,D; p
} #SD2b,f
HDu|KW$o1
Public class MediaPlayer )coA30YR
{ Th~pju
switch (audioType.ToLower()) (ueH@A"9;
{ 6Hd^qouid
case ("mp3"): D6e<1W
MP3 m = new MP3(); *1>T c,mb
m.Play(); _F8-4
break; lWf(!=0m
case ("wav"): ?:zMrlX
WAV w = new WAV();
Ox'KC
w.Play(); 'XSHl?+q
break; !yV)EJ:$
} jar?"o
} dQ<e}wtg
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。 %U1HvmyK
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 0nlh0u8#
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。 z:{R4#(Q
public class AudioMedia kYd=DY
{ rj5)b:c}
public void Play() #KtV 4)(
{ BMhuM~?(
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); rmI@ #'
} ;:Kc{B.s
} q93V'[)F
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)。 `]Vn[^?D
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: $,T3vX]<
public abstract class AudioMedia .3
^*_
{ q#Ik3 5
public abstract void Play(); m :]F&s
} QkO4Td<
#P1;*m
public class MP3:AudioMedia Aca?C
{ |C t Q
public override void Play() ):Ekf2
{ s: MJ{r(s
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); TR{dNO!q
} ayA_[{j%X
} :!,.c$M
bW'Y8ok[v
public class WAV:AudioMedia 6M8(KN^
{
'FN3r
public override void Play() A?c?(~9O
{ Gs}lw'pK
MessageBox.Show("Play the wav file."); T9'5V@
} %,) Xi
} R"PO@v
Q@UY4gA'
public class MediaPlayer xtp55"g
{ KV'-^\
//根据需要完成任务的单向分派 6r,zOs-I]
public void Play(AudioMedia media) q.lh
{ 'wTJX>
media.Play(); ]O+Nl5*
} sF#t{x/sW
} It^_?oiK
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)。 /3~}= b
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。 sZU
Ao&
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: tLx8}@X"
public abstract class VideoMedia ]}AyDy6C
{ v8A{q
public abstract void Play(); DAd$u1
} 9,
792b
11yS2D
public class RM:VideoMedia u+8?'ZT,
{ g|4v>5Y
public override void Play() Al]z=
{ .ZH5^Sv$vp
MessageBox.Show("Play the rm file."); B&H
[z
} TC'^O0aZ_
} N;e*eMFE
1)
G6
public class MPEG:VideoMedia rB5+~
K@
{ gH/k}M7tA#
public override void Play() h$fC/Juit
{ ^kj%Ekt7
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); H\e<fi%Q
} QgX[?2
} rkWW)h(e
I~Zm**L
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。 BH=CoD.
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: z3-AYQ.H
u\G\KASUK%
public interface IMedia Jz\'%O'
{ fBt7#Tc=U
void Play(); j-etEWOTr
} \t@|-`
Rd*/J~TK
public abstract class AudioMedia:IMedia "mkTCR^]e
{ Cqk6I gw
public abstract void Play(); LIHf]+
} o>Z+=&BZ@a
L"!BN/i_
public abstract class VideoMedia:IMedia yh Ymbu
{ K?+Rq
public abstract void Play(); `{I-E5x
} \7,'o] >M-
v|mZcAz
这样再更改MediaPlayer类的代码: 6e;.}i
public class MediaPlayer \<A@Nf"
{ PK*
$
public void Play(IMedia media) _&m
{ -vC?bumR%
media.Play(); l=JK+uZ
} Zx]"2U#
} :!Tb/1
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 v4Q8RE?
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。 {z}OZHJN
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。 ) 4'@=q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \D
#NO
{ g @lAk%V4
IMedia media = null; /P|jHK|{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) FeFH_
{ #VEHyz 6P
case ("mp3"): z<mU$<
media = new MP3(); [(N<E/m %B
break; %fz!'C_4
//其它类型略; Ie?C<(8Ul
case ("rm"):
`#lNur\x
media = new RM(); "L" 6jT
break; p( Q5!3C0q
//其它类型略; _\LAWQ|M4[
} &6L{1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); r 6STc,%5
player.Play(media); oa|nQ`[
} fhmqO0
,9p
4(jjX
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 p`JD8c
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。 jM90
gPX>,
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。 R{hKl#j;>
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。 f+huhJS5e
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: iB 5 Se
public interface IMediaFactory # -Ts]4v
{ 9YpD\H`
IMedia CreateMedia(); .r?-O{2t
} !}^{W)h[
ZWSYh>"
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: OE/O:F:1j
public class MP3Factory:IMediaFactory 3say&|kJ
{ LdAfY0
public IMedia CreateMedia() 70:a2m
{ BUcze\+
return new MP3(); e;<=aa)}?
} K/jC>4/c/
} {@oYMO~
//其它工厂略; LQs2!]?HT
6nRD:CH)X
public class RMFactory:IMediaFactory :WTO*M
{ \qqt/
public IMedia CreateMedia() tq^H)
{ T?c:z?j_9
return new RM(); Hs8c%C
} |}\et
ecB
} ,P<n\(DQ
//其它工厂略; Kuy,qZv!"
^60BQ{ne
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。 iFW)}_.
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: Q': }'CI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Xb=9~7&,$
{ R1FBH:Iu
IMediaFactory factory = null; :'!,L0I|t
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) %@5f+5{i!z
{ Qe=!'u.nL
//音频媒体 D`LcL|nmH
case ("mp3"): ,.uPlnB_
factory = new MP3Factory(); 4*_9Gl
break; M
yr [
//视频媒体 5dS5,
case ("rm"): jyf[O -
factory = new RMFactory(); Qd 1Q~PBla
break; _.OajE\T
//其他类型略; k9.2*+vvg
} }}v;V*_V
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [|\~-6"7N|
player.Play(factory.CreateMedia()); b&Qj`j4]ZM
} jnX9] PkJ
)G0a72
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。 XFPWW ,
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: DGTSk9iK(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1_!*R]a q
{ :~pPB#)nk
IMediaFactory factory = null; pUWj,&t
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Zycu3%JI
{ z)r)w?A
case ("mp3"): bH&Cbme90-
factory = new MP3Factory(); #m6 eG&a
break; _U)DL=a'
//其他类型略; INsc!xOQ
case ("rm"): X 6/k `J
factory = new RMFactory(); E/9 U0
break; YsXP$y]g-
//其他类型略; M&
GA:`
} cTFyF)
IMedia media = factory.CreateMedia(); r"SuE:D
media.Play(); CEE`nn
} Tz1St{s\
_mKO4Atw
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 S,EXc^A7
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 q3B#rje>h
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 [ottUS@
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: &)O X*y
H3}{]&a
<appSettings> ](4V3w.
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ?ZDXT2b~~
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> [L8Bgw1
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> _K>cB<+d
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> K>9]I97g'
</appSettings> cpp0Y^
xCD|UC46?X
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: DF/p{s1Y3
private void InitMediaType() l.?R7f
{ J_OIU#-B
cbbMediaType.Items.Clear(); el39HB$
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
DHJh.Y@H
{ iTi<X|X
cbbMediaType.Item.Add(key); IM}T2\tZ}
} {=j!2v#8~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 8l0%:6XbI
} gd-4hR
/Ws@YP
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: a= ;7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &96I4su
{ ^wCjMi(sj
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); tWD~|<\. )
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 1Dg\\aUk
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 6+A<_r`#Q
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, /pZLt)=P
factoryDllName).Unwrap(); gX5I`mm
IMedia media = factory.CreateMedia(); dU\,>3tG
media.Play(); <7/ _Vs)F0
} xWD=",0+
wj9CL1Gx
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。 V}=9S@$o
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: Id(o6j^J_
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 =xWZJ:UnU
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!