面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) xdSMYH{2A
UylIxd
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。 "*lx9bvV_
一、传统过程化设计思想 ZU\$x<,
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: ,:S#gN{U
public class MediaPlayer v^9eTeFO
{ 7[Us.V@
private void PlayMp3() %NLd"SV
{ bb_elmb)n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [v1$Lp
} rZI63S
g@H<Q('fJ
private void PlayWav() Xu{y5N
{ X9*n[ev
MessageBox.Show("Play the wav file."); OTy!Q,0$.
} 1hbQ30
a~2Jf @I3
public void Play(string audioType) 1j2U,_-
{
S'x ]c#
switch (audioType.ToLower()) iM .yen_vp
{ VwR\"8r3
case ("mp3"): $WYt`U;*lj
PlayMp3(); ekx(i
QA
break; MWwqon|
case ("wav"): X}#vt?mu
PlayWav(); U6JD^G=qR,
break; U]Q5};FK
} tB;PGk_6
} ;MfqI/B{
} |$
PA
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。 uQdeKp4(
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。 f1NHW|_j
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! wBt7S!>G
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。 rfDGS%!O%
二、面向对象设计思想 e N`+ r
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! g$Tsht(rHD
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: .-$3I|}X=
public class MP3 qO@vXuul,
{ [n9l[dN
public void Play() M^ *~?9
{ C:1(<1K
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); a`Bp^(f}
} AO<T6VK
} dV$[O`F*b
V lZ+x)E
public class WAV B7Ket8<J
{ 5bb#{?2i
public void Play() EWJB/iED
{
*twGIX
MessageBox.Show("Play the wav file."); <MEm+8e/s6
} \Fjasz5E'
} GW
{tZaB
gwB,*.z
Public class MediaPlayer MJX
ny4n
{ }P.s
switch (audioType.ToLower())
]Zb9F[
{ yBK$2to~
case ("mp3"): .H|Z3d!Jj
MP3 m = new MP3(); :h@V,m Z
m.Play(); w&@tP^`
break; [Or1
case ("wav"): Q
&/5B
WAV w = new WAV(); c@>ztQU*
w.Play(); KXMf2)pa
break; i,^-9
} lLQcyi0
} o?]Q&,tO
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 @<DRFP
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
:%sG'_d
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 9>{ml&$
public class AudioMedia @+;.W>^h
{ #~Xj=M%
public void Play() ;)ay uS sQ
{ H[w';u[%
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); G=qlE?j`j
} FqyxvL.
} '&Ur(axs
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)。 (bm>
)U=
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: Dp['U
public abstract class AudioMedia /'oo;e
{ 9ad`q+kY
public abstract void Play(); C32*RNG?U
} f)vnm*&-
~v&Q\>'
public class MP3:AudioMedia B\D)21Ik}%
{ }^I36$\
public override void Play() o4: e1
{ 548L^"D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ](I||JJa9f
} G{?`4=K
} 0%xb):Ctw
RA a1^Qb
public class WAV:AudioMedia tF[)Y#
{ 5XT^K)'
public override void Play() h_-4Q"fb(
{ FVNTE+LW
MessageBox.Show("Play the wav file."); S/Ic=
} ebEI%8p g
} .3)
27Cjw
v2gk1a&
public class MediaPlayer !4v>|t q!
{ .{eMN[ n@
//根据需要完成任务的单向分派 ]@y%j'e
public void Play(AudioMedia media) 3L2NenJB
{ Y'1
KH}sH
media.Play(); {'alA
} ftmPdha%+
} nh7_
jEX
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 UvMkL
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 _zbIS&4
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ,J 2qLH1
public abstract class VideoMedia Q~.t8g/
{ ~(*tcs]hY
public abstract void Play(); +DQUL|\
} 8@ f!,!Wn
}e|cszNRd
public class RM:VideoMedia Z=$-S(>J
{ eSIG+{;&
public override void Play() d@^%fVhG
{ Xz:ha>}C
MessageBox.Show("Play the rm file."); X}G$ON
} m{$+
} E
el* P M
M8:i ]
public class MPEG:VideoMedia IjOBY
{
&I-T
public override void Play() kE6/d,
{ RU#}!Kq
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); *]/iL#
} Slo^tqbG
} pC,Z=+:
J e|
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。 `3? HQ2n
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: gdSqG2/&
>+<b_q|P
public interface IMedia rYV]<[?~7
{ aZo}Ix:/
void Play(); 34CcZEQQ
} 7f3,czW
4n.JRR&;
public abstract class AudioMedia:IMedia PN99 R]K0g
{ P3!@}!r8
public abstract void Play(); tf54EIy5Y
} Q"NZE
2aR9vmR
public abstract class VideoMedia:IMedia 3S#p4{3
{ A|K=>7n]U
public abstract void Play(); (!b)<V*
} !\VEUF,K?
*[i49X&rd
这样再更改MediaPlayer类的代码: 5"G-r._
public class MediaPlayer e[Vk+Te7
{ gT+wn-3
public void Play(IMedia media) 4V{&[ Z
{ "{+2Q
media.Play(); y(iq
} TH y?Y
} t@R n#(~"
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 r"K!]Vw
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。 DC_uh
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。 `e;r$Vpd_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2::YR?
{ +qpG$#J0
IMedia media = null; ,K@[+ R!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LRWM}'.s
{ I.Catm2
case ("mp3"): z3 ^_C`(F
media = new MP3(); Is6}VLbB
break; 5~UW=
//其它类型略; ^kC!a>&
case ("rm"): w*~s&7c2B
media = new RM(); `#<UsU,~Lu
break; |RD)pvVM
//其它类型略; yMyvX_UNI
} zICCSF&H
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yaG:}=.3
player.Play(media); ,?jc0L.'r]
} B1FJAKI);
+-),E.
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 :J@3:+sr
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。 `#W+pO
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。 IYtiX
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。 o(DG 3qk
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: DC/Czkv9
public interface IMediaFactory LibQlNW\
{ IS!OO<
IMedia CreateMedia(); (x\VGo
} Vh;|qF 9
vm;%713#1
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: n8)&1
q?V
public class MP3Factory:IMediaFactory yEjiMtQll]
{ \p.yR.
public IMedia CreateMedia() >l%8d'=Jl
{ F_-xp1|
return new MP3(); 8oI|Z=
} $aU.M3
} JvvN>bg
//其它工厂略; 7BINqVS&
F7j/Zuj
public class RMFactory:IMediaFactory dR_6j}
{ (_@]-
public IMedia CreateMedia() smQl^
6a
{ A15Kj#Oy
return new RM(); Sx
J0Y8#z
} HnjA78%i
} \1<|X].jNY
//其它工厂略; !"yr;t>|Zb
7T6Zlp
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。 ,W[J@4.
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: ?Be}{Qqlg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) aaKf4}
{ uxDM
#
IMediaFactory factory = null; A/:_uqm4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (K8Ob3zN_
{ ![Gn0X?]
//音频媒体 4'`P+p"A
case ("mp3"): 0fvOA*UP
factory = new MP3Factory(); S2\;\?]^~
break; J;^ PM:6
//视频媒体 %GY'pQz
case ("rm"): })70S8k
factory = new RMFactory(); f@hM ^%
break; c'3N;sZ*B
//其他类型略; ZB)R4
} ?_bFe![q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;ltk}hJ]
player.Play(factory.CreateMedia()); XKws_
} vOz1& |;D
Z|x|8 !D
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。 Nb9GrYIS
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: >"=DN5w
,S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |LbAW/9a
{ ^Y+C!I
IMediaFactory factory = null; *{+{h;p
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) eBxm
{ E X'PRNB,
case ("mp3"): a9p:k
]{
factory = new MP3Factory(); b FajK;
break; ILAn2W
//其他类型略; 2IM31 .
case ("rm"): 7p]Izx8][
factory = new RMFactory(); U'9z.2"}9
break; >l AtfN='
//其他类型略; w$9LcN
} <,GVrVH=t"
IMedia media = factory.CreateMedia();
&qdhxc4
media.Play(); A&Aj!#
} 0mUVa=)D
&*7KQd
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 9NU0K2S
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Kw?3joy
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 eZU9L/w:
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: -j]k^
m#8PX$_
<appSettings> ]7K2S{/o{
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 7`A]X,:
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> D@68_sn
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> O8bxd6xb
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> KfBT'6t
</appSettings> =HsE:@
Q*%}w_D6f
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: VSDua.
private void InitMediaType() 2 HQ3G~U
{ LYRpd
cbbMediaType.Items.Clear();
HrsG^x
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) #L+:MA7H
{ 7LrmI~P
cbbMediaType.Item.Add(key); b \`S[
} rq8 d}wj
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lcm[l
} Z#H<+S(
[F-GaaM
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \298SH(!7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v
'+]T=
{ }}tbOD)t
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); m?<E >-bI
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Su2{ nNC>
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -%yrs6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, qJdlZW<
factoryDllName).Unwrap(); \_8wU'7
IMedia media = factory.CreateMedia(); A/'po_'uy
media.Play(); ]1<GZ`
} .nrllVG%`
v}Ju2 }IK
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。 rjK`t_(=
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: @0@ZlHwM
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 sg^|dS{3D
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!