面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) SodW5v a
Czl 8Q oH
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。 +/^q"/f F
一、传统过程化设计思想 &b:Zln.j
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: f#JF5>o
public class MediaPlayer !{- 3:N7
{ (#>5j7i8#
private void PlayMp3() ~1z8G>R
{ NxRiEe#m
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ntUVhIE0
} !Kn+*' #
cF6@.)
private void PlayWav() (>% Vj
{ )FiU1E
MessageBox.Show("Play the wav file."); .Sth
} %JU23c*
A^jm<~
public void Play(string audioType) |[t=.dK%
{ 8&AorYw[
switch (audioType.ToLower()) 2+rao2
{ "alO"x8t
case ("mp3"): JQv
ZTwSI
PlayMp3(); Xrs~ove1V
break; #nL0Hx7]E
case ("wav"): YmF(o
PlayWav(); 2QD
B'xs3
break; T</gWW
} cnO4NUDv
} HCZ%DBU96
} :)S4MoG
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。 z^a?t<+
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。 r]vBr^kq
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! Z~:lfCK`
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。 lP
&%5y;
二、面向对象设计思想 Hw3E S
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! , 0ja _
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: ?~9X:~6\
public class MP3 uy28=BE
{ 8i~'~/x
public void Play() .}op mI
{ }Qu
7o
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :Gk~FRA|
} zm.sX~j
} U*l>8
Xm+3`$<
public class WAV `
R-np_
{ u8\QhUk'G
public void Play() eJdQ7g[>
{ ^OsUWhkV
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0|k[Wha#
} /9gMcn9EB
} =hb87g.
atnbM:t
Public class MediaPlayer s_+XSH[=f
{ ~d8o,.n`1
switch (audioType.ToLower()) |/ 7's'
{ -igZU>0B_
case ("mp3"): uZI:Kt#
MP3 m = new MP3(); tG&B D\
m.Play(); a,\u|T:g
break; 6<O]_ HZ&
case ("wav"): %-1-J<<J
q
WAV w = new WAV();
$VNn`0^gF
w.Play(); vCr$miZ
break; f4^_FK&
} `{;&Qcg6m
} Y)5}bmL
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。 uvd>
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) l0o_C#"<S
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。 \Fjq|3`<l
public class AudioMedia AE~}^(G`
{ {[iQRYD0|
public void Play() @K>Pw arl
{ ioQlC4Y
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); G*V
7*KC
} Sv",E@!f
} At:C4>HE@
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)。 Ee| y[y,
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: 1z!Lk*C)
public abstract class AudioMedia %8}w!2D S
{ [#H8Mb+7
public abstract void Play(); D]y.!D{l2
} 9a,CiH%@
[X\2U4
public class MP3:AudioMedia b&&'b)
{ w%na n=
public override void Play() yFv3>\
{ Tl-B[CT
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .v!e=i}.
} z81!F'x;
} ,bg#pG!x Q
oZw#Nd
public class WAV:AudioMedia -': tpJk
{ QJ'C?hn
public override void Play() 8=VX` X
{ '!GI:U+g
MessageBox.Show("Play the wav file."); [Y+bW#'
} W;yZ$k#q}(
} ;B@l0)7(x
@[lr
F7`o
public class MediaPlayer YzVLa,[
{ n`1i k'x?
//根据需要完成任务的单向分派 *8+YR
public void Play(AudioMedia media) ru
Lcu]
{ 21Opx~T3
media.Play(); /GNYv*
} efm<bJB2
} 0cVXUTJ|W
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 J(GLPC O$K
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。 l1-FL-1
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: MR: {Ps&,
public abstract class VideoMedia jiDYPYx;I
{ F[Up
public abstract void Play(); 6= D;K.!
} 3._fbAN%e
0SYkDI
public class RM:VideoMedia chbs9y0
{ X+jSB,
public override void Play() Vy VC#AK,
{ $cedO']
MessageBox.Show("Play the rm file."); v'=APl+_
} )i>KgX
} :7zI!edu
64cmv}d _
public class MPEG:VideoMedia $fO*229As
{ YFY)Z7fK
public override void Play() ,GlK_-6>
{ f
#14%?/
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); V2X(f6v
}
-fv.ByyA
} J %t1T]y~
sa($3`d
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 hJM0A3(Cm
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: N4pA3~P
/zM7G?y
public interface IMedia <R$|J|
{ >F
v8 -
void Play(); gf@Dy6<
} {cFei3'q
[z9i v~
public abstract class AudioMedia:IMedia <Lt$qV-#
{ "lt[)3*
public abstract void Play(); '}=M~
} pOXEM1"2A
W*2SlS7
public abstract class VideoMedia:IMedia ' wEP:}
{ ]n_A~Yr
public abstract void Play(); jEadVM9
} [0Sd +{Q
i`X{pEKP+
这样再更改MediaPlayer类的代码: f~Su F,o@h
public class MediaPlayer [iD!!{6+
{ idq= US
public void Play(IMedia media) QK\z-'&n
{ *gnL0\*
media.Play();
slbV[xR
} ~F-,Q_|-
} gQ[4{+DSf
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w~`P\i@
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。 x0]*'^aA
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。 Wil+"[Ge
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2= _.K(
{ v3B
^d}+.
IMedia media = null; h?b{{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9b0Z
Ey{
{ E4Sp^,
case ("mp3"): AMr 9rB d
media = new MP3(); R B!g,u
break; Gu-Sv!4p
//其它类型略; U"Y$7~
case ("rm"): QB7<$Bp
media = new RM(); {!w]t?h
break; 5BZ5Gl3
//其它类型略; d@<XR~);
} Ok@5`?08
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); A8?>V%b[Y
player.Play(media);
Z-:`{dns/
} n~h%K7
c
@AwH?7(b
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |7 argk+
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。 AQ&;y&+QR
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。 Pz?O_@Ln
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。 A6d+RAx
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: *\/UT
public interface IMediaFactory 'oTF$3n
{ ? DPL7
IMedia CreateMedia(); Y<B| e91C
} ^l9S5
{
y~\z_') <>
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: B\6\QQ;rUo
public class MP3Factory:IMediaFactory hE;
{ pJmn;XbME
public IMedia CreateMedia() !@Ox%vK
{ T|u)5ww%
return new MP3(); {0|^F!1z
} w/UsEIr
} +mY(6|1
//其它工厂略; *]LM2J
5b&'gd^d
public class RMFactory:IMediaFactory 30<^0J.1
{ bV"0}|A~K
public IMedia CreateMedia() ?h{ &
{ ;RR)C@n1
return new RM(); 8WAg{lVs
} M*x_1h5n
} <v\|@@X
//其它工厂略; *StJ5c_kg2
A9"ho}<
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。 -kJ`gdS
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: 8?PNyO-Wt5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gw H6r3=y(
{ fE(rDQI
IMediaFactory factory = null; ,QK>e;:Be
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4 1Ru@
{ N-^\e)ln
//音频媒体 j,~h:MT
case ("mp3"): %l>^q`p
factory = new MP3Factory(); D~-Ri`k.
break; P63f0F-G
//视频媒体 ZY83,:<
case ("rm"): *_ "j"{
factory = new RMFactory(); yPL@uCzA@
break; $zJ.4NA
//其他类型略; [u<1DR
} ?xy~N?N
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Q@2Smtu~c
player.Play(factory.CreateMedia()); )0NA*<Q+.
} us/x.qPy2
n04Zji(F@
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。 $ED<:[3N
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: 3N;X|pa
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _ W$4Qn+f
{ @6\8&(|
IMediaFactory factory = null; -Z @cj
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) u|+O%s TQ
{ uoF9&j5E@Z
case ("mp3"): lO:[^l?F
factory = new MP3Factory(); /
JlUqC
break; I(C_}I>Wb
//其他类型略; LNe-]3wB
case ("rm"): !dZC-U~
factory = new RMFactory(); d8av`m
break; z7NaW e
//其他类型略; +YP,LDJ!v
} NO'-HKHj
IMedia media = factory.CreateMedia(); [~x
Ql
media.Play(); Oq[tgmf
} O<fbO7.-
9'}m797I'
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 q$K^E
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
*ob@w*
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。 B&"fPi
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: fk=_ Y
=YI<L8@g~
<appSettings> m,'u_yK
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Zx3m$.8
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> p!173y,nL
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> [ $B
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> SFTThM]8M1
</appSettings> CB|Z~_Bm
gVA$P
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: KN5.2pp
private void InitMediaType() [}.OlR3)
{ ]GRPxh
cbbMediaType.Items.Clear(); nNf/$h#;O
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) o: qB#8X
{ 68d(6?OgW
cbbMediaType.Item.Add(key); \!`*F:7]-
} |NL$? %I
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; XBCz\f
} eQA89 :j,
xCGvLvFn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: zcDVvP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) st~f}w@
{ 7R ;!
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); H;|^z@RB<
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); D.X%wJ8
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; '\P6NszY~
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, *joM[ML` 6
factoryDllName).Unwrap(); iN<Tn8-YH6
IMedia media = factory.CreateMedia(); a>6!?:Rj
media.Play(); *SLv$A
} 5s`NR<|2L
m%ak ]rv([
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。 ]QRhTz
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: 6*Rz}RQ
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Jva&"}Cb
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!