面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) n|R J;d30Q
st:`y=F_
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。 !u[eaLxV
一、传统过程化设计思想 biU^[g("
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: OX?\<),
public class MediaPlayer :fZ}o|t7
{ E^/t$M|H
private void PlayMp3() tne ST.
{ R?"q]af~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wc}5m
Hs
} eoG$.M"
&-Gqdnc
private void PlayWav() R5-@
{ YSic-6z0Ms
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?kH8Lw~{5W
} qh|_W(`y
yy i#Mo
,
public void Play(string audioType) Q/(K$6]j
{ 9CWF{"
switch (audioType.ToLower()) v,-HU&/*B
{ g4=pnK8
case ("mp3"): vZaZc}AyL
PlayMp3(); ~-_kM
break; 0uOkMuy<
case ("wav"): %\dz
m-d(C
PlayWav(); ( u\._Gwsx
break; ^cP!\E-^
} Mb|a+,:>3
} >_-s8t=|
} :OhHb#D
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 6z#acE1)M
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 !Sh&3uy_qN
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! C'.L20qW
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 NV72
二、面向对象设计思想 g(qJN<RC/
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! lm-dW'7&
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: i@)i$i4
public class MP3 =hC,@R>;
{ mD$A4Y-'p
public void Play() ~962i#&4
{ `>f6)C-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Dwr)0nk
} ]6(N@RC
} pN:Kdi
F4}]b(L
public class WAV 7Bzq,2s
{ `.~N4+SP
public void Play() aeFe!`F
{ .w=/+TA
MessageBox.Show("Play the wav file."); cl[BF'.H
} \r^qL^
} P;=n9hgHI
O`x;,6Vr
Public class MediaPlayer #~}nFY.
{ &C,'x4c"
switch (audioType.ToLower()) DCIxRPw
{ C*)3e*T*
case ("mp3"): ~?4PBq
MP3 m = new MP3(); {5U{8b]k
m.Play(); ?I_s0k I
break; 8_BV:o9kL
case ("wav"): vj'wm}/
WAV w = new WAV(); 3G,Oba[$<
w.Play(); :DrWq{4
break; g]<4&)~
} d6}r#\
} p
Dx1z|@z
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。 X^}I-M%{m
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) OE_XCZ!5P
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。 LSa,1{
public class AudioMedia A!s`[2 Z
{ `5cKA;j>b
public void Play() [,t*Pfq'W8
{ J*yf2&lI5
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); jaTh^L
} s@&`f{
} 3}TaF~
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)。 V)Z}En["1
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: V+*
P2|
public abstract class AudioMedia 4ni<E*
{ 8;b(0^
public abstract void Play(); GY6`JWk
} FcR=v0),
1n >X[!
8x
public class MP3:AudioMedia ZXqSH${Tp
{ 2Nu=/tMN
public override void Play() hm84Aq= f
{ YIn',]p:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {@H6HqD
} {C 6=[
} wa<MRt W=
C]O(T2l{l
public class WAV:AudioMedia [pC$+NX
{ V]|^&A_c
public override void Play() q-[@$9AS
{ ]e"=$2d$
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3EV;LH L
} /7aBDc-v
} j~2{lCT
3QV *%
public class MediaPlayer PlU*X8
{ prC;L*~8
//根据需要完成任务的单向分派 +6sy-<ZL:
public void Play(AudioMedia media) 4,bv)Im+ `
{ 9=vMgW
media.Play(); ;kFDMuuO
} yQ_B)b
} T%.8'9
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)。 @oNH@a
j%
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。 u!!Y=!y*<
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: :8L8q<U
public abstract class VideoMedia I?h)OvWd
{ 03|PYk 6EW
public abstract void Play(); 6_J$UBT
} 3B1XZm
AYt%`Y.!
public class RM:VideoMedia T}Km?d
{ RHaI ~jb
public override void Play() ;+e}aER&9
{ &v$rn#l
MessageBox.Show("Play the rm file."); j2Cks_$:
} (n*^4@"2
} wg7V-+@i
o9|nJ;
public class MPEG:VideoMedia sT !~J4
{ -|J"s$yO4
public override void Play() W^0w
{ KX76UW
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); e bm])~ZL
} *S]Ci\{_
} 9E
zj"
3/aMJR:o
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。 I!^;8Pg
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: 4~k\j
E=jNi
public interface IMedia aH 4c02s$
{ ))R5(R
void Play(); Of-Rx/
} I3=%h
Z8# (kmBdB
public abstract class AudioMedia:IMedia Z,RzN5eN
{ $}<PL}+
public abstract void Play(); E.r>7`E
} {%<OD8>p
%@wJ`F2a_
public abstract class VideoMedia:IMedia pf%=h
|
{ NgADKrDU
public abstract void Play(); GS0;bI4ay
} ~?D4[D|sB
qS403+Su1=
这样再更改MediaPlayer类的代码: UM!ENI|
public class MediaPlayer |2?'9<
{ I, -hf=-
public void Play(IMedia media) jq-p;-i
{ ZO!I.
media.Play(); lphFhxJA{
} {!.(7wV\
} 1QqYQafA
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Wl;.%.]>
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。 u\E?Y[1
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。 ?i)f^O
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $56Z#'(D
{ /mXBvY
IMedia media = null; $$D}I*^Dt
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ipf|")*
{ {G|,\O1
case ("mp3"): IC#>X5
media = new MP3(); <A<{,:5C
break; Q~814P8]
//其它类型略; 03xa'Of>
case ("rm"): H9KKed47d/
media = new RM(); E'v_#FLvR
break; l]@&D#3ZM
//其它类型略; VcAue!MN
} iDN;m`a
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); r>dwDBE
player.Play(media); )!Jc3%(B
} b^ L
\>3
Tu@8}C
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 K)-U1JE7
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。 aHs^tPg
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。 \X<bH&x:z
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。 vbkI^+=,YY
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: oE<`VY|
public interface IMediaFactory w3#Wh|LQ-
{ *Nw&_<\9Q
IMedia CreateMedia(); _6_IP0;
} VOKZ dC-
O>qll6]{@
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: rW0kA1=E
public class MP3Factory:IMediaFactory UQ8M~x5$3%
{ 'Hc-~l>D
public IMedia CreateMedia() lwHzj&/ ~
{ $9]m=S
return new MP3(); 8j Mk)-
} WxW7qt
} n/DP>U$I&
//其它工厂略; LL] zT H0
/nyUG^5#{
public class RMFactory:IMediaFactory Uh.oErHQD
{ 7bqBk,`9
public IMedia CreateMedia() EM]s/LD@%
{ zBo1P(kek
return new RM(); x6(~;J
} 0="%Y^N
} aki_RG>U'
//其它工厂略; Ae
mDJ8Y
'=[?~0(B
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^fuScG)c
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: H:!7:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6726ac{xz
{ +hvO^?4j
IMediaFactory factory = null; q/4YS0CqE
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
D0g ZC
{ #rxVd
7f
//音频媒体 dOqOw M.y
case ("mp3"): AP[|Ta
factory = new MP3Factory(); :/y1yM
break; Lk~ho?^`
//视频媒体 /[O(ea$U
case ("rm"): 6Pnk5ps }h
factory = new RMFactory(); #6ri-n
break; JmPHAUd
//其他类型略; }~#pEX~j*
} ZPiq-q
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); JXCCTUO
player.Play(factory.CreateMedia()); 1v,Us5s<"6
} szsk;a
cU0s
p
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。 W4[V}s5u
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: SeHagKA
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) QF{4/y^j{
{ 7G.#O}).b
IMediaFactory factory = null; $"0M U
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n,=VQOu
{ r;>*_Oc7g
case ("mp3"): ulu9'ch
factory = new MP3Factory(); A6GE,FhsG
break; +u!0rLb
//其他类型略; n9@ of
case ("rm"): #Xhdn\7
factory = new RMFactory(); ;FBUwR}
break; VS9`{
//其他类型略; _$=
_du
} |_o=^?z'
IMedia media = factory.CreateMedia(); .7i` (F)
media.Play(); u`y><w4i
} [!} :KD2yX
KC(xb5x
Y
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。 T_sTC)&a
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。 cs T2B[f9D
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。 #k_HN}B
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: (Q%'N3gk
b'J'F;zh>
<appSettings> d@ Y}SWTB
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> _u{c4U0,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> VUVaaOmO
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ]?3un!o3o
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 9;Itqe{8w
</appSettings> G"X8}:}
AgV G`q
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: T32+3wb"I
private void InitMediaType() _Dym{!t
{ ^&bRX4pYo
cbbMediaType.Items.Clear(); Swp;HW7x
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) v3}L`dyh3
{ 5O~HWBX.
cbbMediaType.Item.Add(key); N` aF{3[
} b7 !Qn}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; |~'IM3Jw(Y
} q6_u@:3u
:!5IW?2
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: bhkUKxd
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <@}I0
{ c7tfRq
n+
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); hF@Gn/
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); }Z{=|rVE
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; *H?!;u=8
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, u}!@ ,/)
factoryDllName).Unwrap(); si&S%4(
IMedia media = factory.CreateMedia(); VYt!U
media.Play(); 2>86oP&
} )Psb>'X
][W_[0v
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。 KN7^:cC
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: T/^Hz4uA7
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 N@O8\oQG
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!