面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) '1+ Bgf
~F-,Q_|-
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。 e0P1FD<@
一、传统过程化设计思想 0NGokaD)H
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: $A,=z
public class MediaPlayer U+z&jdnhDR
{ Wil+"[Ge
private void PlayMp3() 2= _.K(
{ #"|Ey6&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); cVMTT]cj1
} 3
V<8
jB;+tDC!Co
private void PlayWav() %AFy{l
{ R?(j#bk
MessageBox.Show("Play the wav file."); GUxhCoxb
} *,(`%b[
S/4kfsN
public void Play(string audioType) Kt-@a%O0
{ C,E 5/XW
switch (audioType.ToLower()) px*MOHq K
{ 8[k-8h|
case ("mp3"): AQ&;y&+QR
PlayMp3(); nsPM`dz/
break; lyyi?/W%
case ("wav"): V\_
&2',t
PlayWav(); n1QO/1}
:
break; q&vr;fB2
} 5Z@Q^
} xn-n{U"
} 8ViDh
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。 ~9{.!7KPc
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。 5b&'gd^d
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! |Qm 7x[i
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。 vXc<#X9
二、面向对象设计思想 7L!k9"X`0F
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! @'S-nn,sO
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: X/Ae-1!
public class MP3 U@9n7F
{ 6 R!0v8
public void Play() {AZW."?
{ PKP(:3|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); yEH30zSt
} @A:Xct
} $I_aHhKt
[P^ .=F
public class WAV aJub("
{ 6s6[sUf=l&
public void Play() qLR)>$
{ JLjx4B\
MessageBox.Show("Play the wav file."); sV-9 xh)i
} LB>!%Vx
} ~
^K[pA ?
GR"Jk[W9
Public class MediaPlayer !nTq"d%(W
{ W<~(ieu:K~
switch (audioType.ToLower()) km *$;Nli
{ XRZmg "
case ("mp3"): c[4Z_5B
MP3 m = new MP3(); MQhL>oQ
m.Play(); }%%| '8
break; pBHr{/\5
case ("wav"): u|+O%s TQ
WAV w = new WAV(); uoF9&j5E@Z
w.Play(); . uhP(
break; n#4Ra+dD
} +~7@K{6q-
} _KKG^
u<
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 *dGW=aM#C
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) s{gdTG6v`
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 Up8#Nz
T
public class AudioMedia NKRNEq!
{ LdA&F&
pI
public void Play() %KqXtc`O
{ `*WR[c
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); GR/
p%Y(
} 90Q}9T\
} t;
"o,T
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 'l2`05
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 9Czc$fSSt
public abstract class AudioMedia Ur_~yX]Mo
{ m+CvU?)gJ
public abstract void Play(); [N{Rd[{QTL
} z55P~p
H1+G:TM
public class MP3:AudioMedia sq*sb dE
{ kFeuKSa^d
public override void Play() hMdsR,Iq
{ OD{Rh(Id
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h" j{B
} 1SQ&mH/
} U)N;=gr\
rNdap*.
public class WAV:AudioMedia ;+cZS=
{ w
J; y4
public override void Play() kZfO`BVL
{ <wa}A!fu
MessageBox.Show("Play the wav file."); iB{O"l@w
} i,,U D
} nXXyX[c4e
Y*J,9
public class MediaPlayer ,myl9s
{ EFhe``
//根据需要完成任务的单向分派 p,U.5bX
public void Play(AudioMedia media) H;|^z@RB<
{ D.X%wJ8
media.Play(); "QA!z\0\
} j$BM$q/c
} F?3a22Zg#
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)。 #TRPq>XzD
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。 s<tdn[d
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: jf@#&%AC9
public abstract class VideoMedia )/UPDdO
{ FSC74N/
public abstract void Play(); s@Y0"
} Q@nxGm
1jO/"d.8n
public class RM:VideoMedia Za5*HCo
{ Gw$U0 HA[,
public override void Play() o^biO!4,
{ 0fwo8NgX
MessageBox.Show("Play the rm file."); (eFHMRMv~
} NJwcb=*
} #X`j#"Ov2(
%
?@PlQ
public class MPEG:VideoMedia %\2
ll=p1
{ Z#%4QIz?
public override void Play() zN0^FXGD
{ Y}Y2Vx
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); !'[f!vsyM{
} ^dld\t:tV7
} [PdatL2
)lE]DG!
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 `#E1FB2M
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: vaW,O/F
{a\m0Bw/
public interface IMedia "xi)GH]H_
{ )L<NW{
void Play(); n'K,*
} 3t)07(x_B
P_
U[OM\
public abstract class AudioMedia:IMedia !SMIb(~[z
{ 4,`Yx s)%
public abstract void Play(); vm_+U*%c
} .IE2d%]?
`,3;#.[D
public abstract class VideoMedia:IMedia H_un3x1
{ B~G?&"]
public abstract void Play(); nZ0-
Kb
} jA?A)YNQb
P|Dw+lQj
这样再更改MediaPlayer类的代码: (3C::B=
public class MediaPlayer S=*rWh8)%<
{ 7LbBS:@3z_
public void Play(IMedia media) hQv~C4Wfrf
{ 79^Y^.D
media.Play(); _8v8qT}O~4
} >,yE;zuw
} tt$DWmm
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 9@9(zUS|
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。 !?,7Cu.5#6
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。 |@`F!bnLr
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m0DD|7}+
{ GWsvN&nr
IMedia media = null; <%Zg;]2H`
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _Ryt|# y
{ c|.~f+
case ("mp3"): -~n^?0
media = new MP3(); {N42z0c
break; &`Oj<UyJY
//其它类型略; 0JN>w^
case ("rm"): G>&Ta p>
media = new RM(); 9)9p<(b$
break; hd^?mZ
//其它类型略; x1VBO.t=*
} d}2tqPy a
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); !<BJg3
player.Play(media); >slD.rb]
} hd0d
gc
~)xg7\k
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 M=:!d$c
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 ,@!io
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 {]BPSj{B
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 gG*]|>M JI
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: f3El9[
public interface IMediaFactory Vb yGr~t
{ +GqK$B(x7
IMedia CreateMedia(); AqnDsr!
} b&BkT%aA(G
?y_W%ogW
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: W}{RJWr
public class MP3Factory:IMediaFactory JcV'O)&
{ 5tfD*j n
public IMedia CreateMedia() oM\b>*
{ Xo[j*<=0
return new MP3(); DLggR3K_\
} .
7*k}@k
} q$RJ3{Sf
//其它工厂略; +}1h
&\6Buw_
public class RMFactory:IMediaFactory gCfAy=-,V
{ m.!n|_}]
public IMedia CreateMedia() mUSrC U_}
{ 9j<qi\SSI
return new RM(); r&!Ebe-
} %:Mi6sR|
} T-,T)R`R
//其它工厂略; +U9m
l Oxz&m
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 n@%Q 2_
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: f4[fXP;A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M:TN^ rA|
{ 0>{&8:
IMediaFactory factory = null; Ad7N'1O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A.- j5C4
{ jR1t&UD3Y
//音频媒体 '^mCLfo0}
case ("mp3"): 9|BH/&$
factory = new MP3Factory(); d ? Uj3G
break; $mgamWNE8w
//视频媒体 5\!t!FL_
case ("rm"): [l#
8}dy
factory = new RMFactory(); n92*:Y
break; v\lhbpk
//其他类型略; zP554Gr ?
} x;N@_FZ7KY
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); J)o.@+Q}
player.Play(factory.CreateMedia()); c?(;6$ A
} ?OjZb'+=K
skaPC#u
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。 k|uW~I)
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: 80m<OW1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;[nomxu|?
{ vNWCv
IMediaFactory factory = null; X 8/9x-E_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2><=U7~
{ /6fa
7;
case ("mp3"): X%X`o%AqC
factory = new MP3Factory(); =:fN
break; U~3uu&/r
//其他类型略; 1PGY/c
case ("rm"): 5z/*/F=X
factory = new RMFactory(); ,i]X^z5!
break; 4e`GMtp
//其他类型略; V8KdY=[
} xgp 6lO [
IMedia media = factory.CreateMedia(); etw.l~y
media.Play(); K%jh6c8
} vM3 b\yp
OkNBP0e}
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。 78~;j1^6u
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。 J^w!?nk
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。 <ztcCRov
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: \|@u)n_
_s{;9&qX]
<appSettings> WMi$ATq
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> >PbB /->
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ~SzHIVj:6
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Nh^
lC
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 4
*n4P
</appSettings> I@/s&$H`l
Sgp1p}
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: tRZA`&
private void InitMediaType() fvE:'( #?
{ n=F|bW
cbbMediaType.Items.Clear(); OK] _.v}
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) %VH{bpS|i:
{ ?zpN09e
cbbMediaType.Item.Add(key); 6lAHB*`
} 'G)UIjl
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; `*Ju0)g1
} pLiGky
8pXului
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 9cqq"-$G`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) wH0m^?a!3
{ '}5Yc,
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [`n)2}
k
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); XG!s+ShFV
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; e)M)q!nG
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~bD'QMk
factoryDllName).Unwrap(); ?mi1PNps#
IMedia media = factory.CreateMedia(); t,]E5,1
media.Play(); xg.o7-^M
} .P:mYC
w<|Qezi3
w
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。 Z1dLC'/b]
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: VN/v]
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 huat,zLS
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!