面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) "/hLZl
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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。 E
/ycPqD
一、传统过程化设计思想 CF+:v(NL
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: X`]>J5
public class MediaPlayer zHW&i~
{ wA87|YK8*
private void PlayMp3() K=P LOC5
{ Ml_!)b
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (+TL
]9P
} Wl,I %<&j}
g(F2IpUm/
private void PlayWav() 1-G-p:|
{ uBaGOW|Pl
MessageBox.Show("Play the wav file."); D]V&1n
} #hEU)G'$+
En8L1$_
public void Play(string audioType) JgldC[|7
{ +J !1z
switch (audioType.ToLower()) D6P/39}W
{ Z~"8C Kz
case ("mp3"): od3b,Q
PlayMp3(); ^$8WV&5q>
break; tkHUX!Ow;
case ("wav"): 52*KRq
o
PlayWav(); r"lh\C|
break; &{x`K4N
} Wk/Il^YG
} (j}edRUnB
} ,^T0!k$
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。 ^P*+0?aFr
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。 m&Y?]nbq
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! w`Rt "d_B
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。 tQ2S*]"f
二、面向对象设计思想 \@7 4I7
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! &KeD{M%
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: ZD8E+]+
public class MP3 g^k=z:n3,
{ B=i%Z_r]w
public void Play() MV?sr[V-oP
{ +AOpB L'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); <)gTi759h)
}
t`x_@pr
} e/IVZmUn^
2-wgbC5
public class WAV 35SL*zS@-
{ 'G3|PA7v
public void Play() X'cm0}2
{ p?+;[!:
MessageBox.Show("Play the wav file."); }An;)!>(nF
} 0h"uJco,
} .1""U
']
">R`S<W
Public class MediaPlayer ]=%u\~AvL
{ Lor__
K
switch (audioType.ToLower()) jx];=IC3tt
{ %U&ztvR0C
case ("mp3"): StMvz~
MP3 m = new MP3(); YZ5[# E@l
m.Play(); 6IL-S%EGK1
break; I8:G:s:
case ("wav"): 'i8?]`
T
WAV w = new WAV(); '\LU 8VC
w.Play(); UeSPwY
break; bzX/Zts
} elb}]
+
} :,MI,SwnS
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。 ~*G}+Ur$2
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) z&A#d
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 KRj3??b
public class AudioMedia vP/sG5$x
{
W o$UV
public void Play() El3Ayd3
{ i &,1
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); !9=Y(rb
} SQf.R%cg$
} 7, :l\t
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;s3]V
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: ?B:],aztf
public abstract class AudioMedia 4yR X{Bl|
{
@XX7ydG5
public abstract void Play();
d>1#|
} 4{ exv
; HjT
public class MP3:AudioMedia Y/34~lhyl
{ }719_DF
public override void Play() R&1xZFj
{ 2rX}A3%9^^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); /d1V&Lj
} U,^jN|v
} 'J#uD|9)
is=|rY9$
public class WAV:AudioMedia _K|?;j#x0k
{ >4AwjS}H
public override void Play() ~bX ) %jC
{ ;?!pcv Ui
MessageBox.Show("Play the wav file."); vjXCArS
} v1Jg8L=
} { :_qa |
C~VyM1inD
public class MediaPlayer W:=CpbwENX
{ ~2?UEv6
//根据需要完成任务的单向分派 fZJ O}
public void Play(AudioMedia media) /)xQ# yfX
{ 'lR f
media.Play(); #'h(o/hz&&
} BjbpRQ,
} fn\&%`U
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)。 !EO
2
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。 kpO+
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: +8V|
public abstract class VideoMedia O6r.q&U
{ ? 1b*9G%i
public abstract void Play(); 8]0?mV8iOE
} Xw9"wAj
@NJJ
public class RM:VideoMedia !fG`xZ~
{ V@1K
public override void Play() >oc&hT
{ WevXQ-eKm
MessageBox.Show("Play the rm file."); T1~,.(#
} u=p-]?
} kn7Qvk[+
f%TP>)jag!
public class MPEG:VideoMedia u:O6MO9^
{ 7!E7XP6,~>
public override void Play() E 5bo60z
{ ~qmu?5
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Rk52K*Dc
} >dqeGM7Np>
} 9w,u4q
Ry iS
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。 ;Ajy54}7
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: cK+y3`.0
r=pb7=M#LN
public interface IMedia vE+OL8 V
{ $;%dQ!7*
void Play(); 834dsl+U
} ,4z?9@wQ
FUU/=)^P$
public abstract class AudioMedia:IMedia J*CfG;Y:
{ 5mYI5~
p
public abstract void Play(); wa4(tM2
} Qz?r4kR
4 '-GcH
public abstract class VideoMedia:IMedia HxH=~B1"P
{ V{G9E
public abstract void Play(); vdN0YCXG
} wC[Bh^]
hFWK^]~ a
这样再更改MediaPlayer类的代码: Lg4I6 G
public class MediaPlayer BHBMMjY5
{
Sk,9<@
public void Play(IMedia media) 8q&*tpE
{ 2Md'<.
media.Play(); IKV:J9
} ZIrJ"*QO=
} aF\?X&|
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 spt='!)4
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。 Ev;ocb,
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。 vVi))%&S(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) g$ oe00b
{ wUz)9n 6j
IMedia media = null; uua1_#a
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j?n:"@!G/
{ ,o)U9<
case ("mp3"): Q-GnNT7MB3
media = new MP3(); hq^@t6!C\m
break; N~An}QX|
//其它类型略; A?xb
u*zV,
case ("rm"): `FM^)(wT
media = new RM(); )pXw 3Fo
break; mjqVP.
//其它类型略; /RmHG
H!
} #dgWXO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); D%Y{(l+X
player.Play(media); Rl""
aZ
} yxa~Rz/
3yAzt*dZ
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 pQY.MZSA
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。 }3Y3f).ZW
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。 ?=uw0~O[
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。 z!I(B^)BkT
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: 5Y8/ZW~D0
public interface IMediaFactory R]Q4+
{ o=
%Fh
IMedia CreateMedia(); uvrfR?%QK
} [af<FQ {
emV@kN.
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: 9)qjW &`
public class MP3Factory:IMediaFactory '?~k`zK
{ ?DC3BA\)
public IMedia CreateMedia() a,U =irBA
{ X=p~`Ar M{
return new MP3(); -vfV;+3
} tU%-tlU9?
} ^m
//其它工厂略; <Zc:
IPl>bD~=p
public class RMFactory:IMediaFactory 7n~BDqT
{ j}?O
public IMedia CreateMedia() }>:x
{ nD+vMG1~w
return new RM(); ^J>jU`)CJ
} 6#k
Ap+g7
} 4565U
//其它工厂略; Cse@>27s
%XqLyeOS
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。 s.rS06x
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: I$neE"wW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oWpy^=D_
{ S`"M;%T
IMediaFactory factory = null; U jC$Mi`O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) yoj5XBM
{ r^?%N3
//音频媒体 >Tld:
case ("mp3"): :!1B6Mc
factory = new MP3Factory(); yV xR||e
break; ]*^mT&$7
//视频媒体 NdQXQa?,
case ("rm"): H3.WAg[`
factory = new RMFactory(); [JGa3e
break; 'C~NQ{1TV
//其他类型略; (0qdU;
} 0n_Cuh\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); O4&/g-
player.Play(factory.CreateMedia()); IjDG
} '7W?VipU
fwI Zr~l
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 xnu|?;.}!
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: +MQf2|--
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cmu5KeH
{ Fa9]!bW
IMediaFactory factory = null; UJ)\E
^Hp
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0X)'8N
{ SF;;4og
case ("mp3"): 8jjJ/Mz`
factory = new MP3Factory(); b=QO ^
break; *kxk@(lT?
//其他类型略; 6yF4%Sz9
case ("rm"):
c*_I1}l
factory = new RMFactory(); _-Aw`<_*-
break; fZXJPy;n
//其他类型略; 5-w6(uu
} xGqe )M>8?
IMedia media = factory.CreateMedia(); a'Qy]P}'Ug
media.Play(); q01zN:|-1
} /PIU@$DV
A"C%.InZ
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。 1`m ~c
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。 jo<[|ZD
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。 9\Mesf1$o
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: iYv6B6o/99
P7E}^y`e
<appSettings> 5gV8=Ml"V
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ag?@5q3J}
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> L"tj DAV
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> qB7.LR*'
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> DSy,#yA
</appSettings> qEf)TW(
PF!Q2t5c3
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 9GkG'
private void InitMediaType() s iv
KXd
{ 89@89-_mC
cbbMediaType.Items.Clear(); i2$U##-ro]
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) d Z"bc]z{
{ )u]<8
cbbMediaType.Item.Add(key); Tc\^=e^N?
} S_6`.@B}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; G+'MTC_
} $K ,rVTU
$&k2m^R<
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: "`,PLC
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S,3e|-&$
{ ^$_ifkkLz
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ez86+
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); T[<llh'+
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; +B_q? 6pR
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, f;pR8
factoryDllName).Unwrap(); 0wZLkU_(
IMedia media = factory.CreateMedia(); DZ ~|yH
media.Play(); 5HL JkOV5
} h:#
.rG Rdb
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。 Ua V9T:)x
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: Nf0b?jn-
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
`Xmf4
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!