面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <PO-S\N
b]8\%=d
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。 eLyIQo W
一、传统过程化设计思想 wDh&S{N
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: w6B`_Z'f
public class MediaPlayer !wrAD"l*@
{ 9I|Q`j?p`
private void PlayMp3() lnxA/[`a
{ Oo\~'I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @zix%x
} sg]g;U
PO2]x:
private void PlayWav() r7)iNTQ1
{ >R/^[([;]
MessageBox.Show("Play the wav file."); r^\Wo7q
} \>eFs} Y/
D>wo>,G
public void Play(string audioType) Hc
q@7g
{ HOPsp
switch (audioType.ToLower()) WN#dR~>
{ Hp
fTuydU
case ("mp3"): 4T<dI6I0
PlayMp3(); |@ZyD$?
break; jm|zn
case ("wav"): h/l?,7KHI
PlayWav(); N4_V
break; W?@+LQa??
} YGq-AB
} /z(s1G.
} 9+>%U~U<
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 KEr?&e
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 u-dF~.x
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! E~Y%x/oX
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 {O[ !*+O
二、面向对象设计思想 1`n
ZK$
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! A5dH*< }
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: gm&O-N"=U
public class MP3 kZ
9n@($B
{ SR\$ fmo
public void Play() Fg^zz*e
{ |1 LKdP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); L\kT9wWK|
} D_cd
l^
} R2[
}
~/R}K g(
public class WAV _ID =]NJ_
{ /^Lo@672
public void Play() ,PyPRPk
{ 6HR*)*>z_
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]h&?^L<.
} M$LzV}k
} QjUojHz%Z
ngaQa-8w
Public class MediaPlayer ),I7+rY
{ gq?~*4H
switch (audioType.ToLower()) >z8y L+
{ }(if|skau
case ("mp3"): ?x =Sm|Ej
MP3 m = new MP3(); Fd0\T#k
m.Play(); 9\NP)Vm$^
break; SVyJUd_
case ("wav"): #9hSo
WAV w = new WAV(); j: B,K.:
w.Play();
DWJkN4}o
break; /K#J63 ,
} p$%g$K
}
PYYO-Twg
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 04<T2)QgK
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 8 K>Ejr
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 6NqLo^ "g
public class AudioMedia W.U|mNJ$
{ \~q cYp
public void Play() o!t1EPJE*
{ vui{["
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); wZUR
} l{x?i00tAS
} m4@w M?
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)。 &($Zs'X
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: 32V,25 (`5
public abstract class AudioMedia pDx}~IB
{ z'}?mE3i
public abstract void Play(); -[`FNTTV C
} Aonq;} V e
cYEe`?*
public class MP3:AudioMedia ud.Bzg:/
{ 1&}^{ Ys
public override void Play() V5ihplAk
{ h?:Y\DlU'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); pNzGpCk
} gb0ZGnI
} 0CO6-&F9n
TS<uBX
public class WAV:AudioMedia IyA8+N
y
{ ?`O Dt]s
public override void Play() MRHkQE+K@8
{ P1l@K2r
MessageBox.Show("Play the wav file."); `Lu\zR%<
} }UWRH.;v
} eL!G, W
%z0@4Gq
public class MediaPlayer :O}<Q
{ XUT\nN-N
//根据需要完成任务的单向分派 &hYjQ&n
public void Play(AudioMedia media) )Z 3fytY
{ Qmh*Gh?v
media.Play(); 6Gs,-Kb:
} Cx/duodp
} #0 WO~wL
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)。 cBA2;5E
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。 $T0|zPK5
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: [%8+Fa~Wa
public abstract class VideoMedia "]`QQT-{0
{ DDhc ^(
public abstract void Play(); j{'@g[HW
} gB@Wv91
fJC,ubP[5
public class RM:VideoMedia 3,B[%!3d
{ I1H:h
public override void Play() #B)`dA0a
{ tgYIM`f
MessageBox.Show("Play the rm file."); l9.wMs*`X
} ),6Z1 K1
} c$'UfW
g%<7Px[W
public class MPEG:VideoMedia {:enoV"
{ 6A/|XwfE/v
public override void Play() 6dmTv9e
{ Z@8amT;Y
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); c~|/,FZU'
} hK$-R1O
} &[KFCn
/bylA`IMW
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 `"CF/X^
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: uS|Zkuk[!
{UYqRfgbZ
public interface IMedia <s#}`R.#2
{ ;@d<*
void Play(); ZdHWSfO)O
} MU&5&)m
"v3u$-xN1
public abstract class AudioMedia:IMedia +o/;bm*U<K
{ O'-lBf+<
public abstract void Play(); 1|cmmUM-'v
} <STjB,_s
CsR~qQ
5
public abstract class VideoMedia:IMedia uYMW5k_,>
{ ^J~}KOH
public abstract void Play(); 7F'61}qL
} *<#&ne8
a}c(#ZLs
这样再更改MediaPlayer类的代码: C>;yW7*g"
public class MediaPlayer r% '2a+}D
{ &:jE+l
public void Play(IMedia media) nw5#/5xw
{ t7A.b~#
media.Play(); I"JT3[*s
} +dh]k=6
} |#2<4sd
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 s_Dl8O4u
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。 ~0 FqY&4
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。 6U+#ADo
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) >uJrq""+
{ c*1x*'j.
IMedia media = null; *}w.xt
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SKfv.9
{ I@L-%#@R1
case ("mp3"): 6OTxtk
media = new MP3(); kxUGd)S
break;
BW\R
//其它类型略; LL6f40hC
case ("rm"): "msg./iC
media = new RM(); kb7\qH!n
break; [bOy,^@4
//其它类型略; >PGm} s_
} kh,M'XbTo
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); w6"LHy[
player.Play(media); MB |(,{S
} Ol%*3To
t583Q/1@
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 !6 $>|
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 nf
G:4k,
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 9wb$_j]F`#
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。 ;Ok11wOw
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: ?<LG(WY
public interface IMediaFactory n'h
)(^
{ (wY%$kW4
IMedia CreateMedia(); gCm?nb)
} 7e=a D~f
x.r`(
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 7R2)Klt
public class MP3Factory:IMediaFactory F9+d7 Y$
{ vo(?[[
public IMedia CreateMedia() R\Q%_~1
{ v S+~4Q41
return new MP3(); I]
"$h]T
} RY~)MS _C
} .N+xpxdG,
//其它工厂略; c,~44Z
J/=A f
[
public class RMFactory:IMediaFactory m5x>._7le
{ $c y:G
public IMedia CreateMedia() =4%C?(\
{ X%F9.<4
return new RM(); RU>vnDaC
} G[^G~U\+!
} &S-& 'ZAY
//其它工厂略; RYhdf
Em]T.'y
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 N7jRdT2k%
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: CM#EA"9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 88*RlxU
{ yR$_$N+E
IMediaFactory factory = null; ( gFA? aD<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) jh?7+(Cw
{ SmLYxH3F
//音频媒体 y-X'eCUz
case ("mp3"): pnG8c<
factory = new MP3Factory(); /g9{zR [
break; eS=k 48'U
//视频媒体 ]`kvq0Gyb
case ("rm"): J-ZM1HoB
factory = new RMFactory(); gdZVc9_
break; g`6wj|@ =W
//其他类型略; cU6#^PFu
} E0hp%:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1c4%g-]7
player.Play(factory.CreateMedia()); ).boe& .
} 2Ee1mbZVw8
@/u`7FO$&
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。 &e)p6Egl
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: 9}mp,egV
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,Ex\\p-
{ E9:hK
IMediaFactory factory = null; c\'pA^m6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8{l=`y"nB
{ @iceMD.
case ("mp3"): 3d<HIG^W}
factory = new MP3Factory(); H44&u](8{
break; D6oby*_w
//其他类型略; I7_D $a=
case ("rm"): \xZBu"
factory = new RMFactory(); j)DZmGg&t
break; wE \c?*k
//其他类型略; eC{Z
} DQICD.X6R
IMedia media = factory.CreateMedia(); KEN-G
media.Play(); vTEkh0Ys
} 9"RfL7{
XOwMT,=Z)
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。 "poTM[]tZ7
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。 =4
H K
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。 z{jAt6@7
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: D5b_m|7%
kZ}u
<appSettings> PPO<{
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> @]tGfr;le&
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 15:@pq\
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> TjK5UML
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $I36>
</appSettings> yy1r,dw
+"cyOC
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: }_22wjm~
private void InitMediaType() z\Y^x9
{ IpXhb[UZ?
cbbMediaType.Items.Clear(); 7uxPkZbb
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) E|;5Z*
{ vUs7#*
cbbMediaType.Item.Add(key); O*{H;7Pv
} ^z;,deoGh
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; tuUXW5!/
} o#) !b:/
BZc-
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: <xjv7`G7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) wT=hO+
{ #/dde9y
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); jGhg~-m
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Z^6(&Rh
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; \87J~K'
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, h}>/Z3*
factoryDllName).Unwrap(); =hOa
0X=
IMedia media = factory.CreateMedia(); ZC*d^n]x.
media.Play(); I<K/d
} `>EvT7u
51ebE`
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。 U(=9&c@]
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: O9X:1>a@i
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 D>e\OfTR:
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!