面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) /TB{|_HbW
UB>BVBCt
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。 s}UJv\*
一、传统过程化设计思想 +CSv@ />3
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: |Axbx?
public class MediaPlayer ^ @=4HtA
{ \pI {b9
private void PlayMp3() !^NZp%Yd
{ 1Lje.%(E.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); iC! 6g|]X
} "G*$#
47{5{/B-
private void PlayWav() .X.6<@$
{ #k d9}
MessageBox.Show("Play the wav file."); %}~(%@qB>+
} !or_CJ8%
z"QtP[_m
public void Play(string audioType) }Cfl|t<5f
{ $7Z-Nn38
switch (audioType.ToLower()) pNQ7uy
{ ?0sTx6x@
case ("mp3"): sHPeAa22
PlayMp3(); #M#$2Vt
break; U6H3T0#
case ("wav"): vQ2{+5!|
PlayWav(); >PQ?|Uk
break; rhaq!s38:
} '+iLW~
} ]b1>bv%
} -U_,RMw~
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ^PJN$BJx
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。 )~"0d;6_
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! BOA7@Zaa$p
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 _tjexS'
二、面向对象设计思想 l(F\5Ys
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! +`mI\+y,
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ",Mrdxn7
public class MP3 &0G9v
{ F9las#\J
public void Play() o.zP1n|G~r
{ :mLXB75gH
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'YbE%i}
} gzW{h0iRr
} cCx{
")
)~nieQEZQ
public class WAV eFA,xzp
{ %WmTG }L)
public void Play() (@^ySiU
{ L5|g\Y`
MessageBox.Show("Play the wav file."); JwWxM3(%t
} y
|
I9"R
} X$P(8'[9A
&?xmu204
Public class MediaPlayer i tk/1
{ Nx*1m
BC
switch (audioType.ToLower()) 7D'D7=Z.
{ >O~V#1 H
case ("mp3"): ]Z85%q^`
MP3 m = new MP3(); uT<<G)v)
m.Play(); Zvfy%k
break; i-@V
case ("wav"): 9~a 5R]x2
WAV w = new WAV(); Q uw|KL
w.Play(); 0mmHN`<
break; /P]N40_@
} O2 + K
} cyabqx
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。 ke<5]&x
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) s6_i>
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。 cF9oo%3
public class AudioMedia CW/L(RQ
{ 15aPoxo>
public void Play() n^5Q
f\ o
{ =
8y,7u)
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ov Xk~%_
} Q0x?OL] A
} f4+wP/n&
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)。 `Gl[e4U
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: K3,PmI&W
public abstract class AudioMedia Iu >4+6
{ JV'aqnb.8\
public abstract void Play(); mieyL9*n7
} ,\#s_N7
MLmaA3
public class MP3:AudioMedia ZBN,%P!P0
{ ?<8c
public override void Play() ('\sUZ+5
{ 0]=Bqyg
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ji.?bKqHE
} 2cRru]VZ5
} K~S*<?
wrX n|aV
public class WAV:AudioMedia CQrP%}`r
{ h.l.da1#
public override void Play() ;#0$iE
{ MEp{v|1
MessageBox.Show("Play the wav file."); S'NLj(
} :)tsz;
} u&UmI-}
WXDo`_{R
public class MediaPlayer r
)_*MPY
{ %^nNt:N0
//根据需要完成任务的单向分派
_VmXs&4
public void Play(AudioMedia media) ^W@%(,xb
{ s@y;b0$gk
media.Play(); Hz==,NR-W
} U[8F{LX
} NuUiW*|`7
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)。 [/VpvQ'
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。 HJ0;BD.]
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: i1m>|[@k
public abstract class VideoMedia Fav++ z
{ V`W ']
public abstract void Play(); 4gNN "
} nKnrh]hX
) jvI Nb
public class RM:VideoMedia bqp^\yu-E
{ UL>2gl4s/
public override void Play() h{$k%YJ?
{ p|mFF0SL
MessageBox.Show("Play the rm file."); DG0I-"s
} 8e,F{>N
} SBs! 52
7DoU7I\u
public class MPEG:VideoMedia m.1-[ 2{8~
{ /93z3o7D>
public override void Play() \0_jmX]p
{ 'd&d"E[
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 'g'RXC}D>
} bGK*1FlH
} jX(${j<
"e8EA!Ipte
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。 =s]2?m
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: r Dlu&
,Tegrz&G
public interface IMedia S<cz2FlV
{ R9#ar{
void Play(); I}0? d
} I9>vm]
Fw{@RQf8
public abstract class AudioMedia:IMedia 5p S$rf
{ ?<
teHFj
public abstract void Play(); |)Dm.)/0)
} i$@xb_
<#nU 06 fN
public abstract class VideoMedia:IMedia fDplYn#
{ 9lR6:}L7
public abstract void Play(); -s`Wd4AP
} 8Q<Nl=g>'
.ve_If-Hg
这样再更改MediaPlayer类的代码: &y=OZ
!M
public class MediaPlayer HJ]e%og
{ kc P ZIP:
public void Play(IMedia media) b|DU
{ "#7Q}d!x
media.Play(); (@xC-*
} Xy 4k;+
} 8Nyz{T[
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ]?D$n
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。 ~K3Lbd|
r
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。 ,&=7ir14>R
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MZ-;'w&Z
{ Fs $FR-x
IMedia media = null; WKlqm)m@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) zNrn|(Y%Y
{ 8w:mL^6x
case ("mp3"): gL&w:_
media = new MP3(); Cy6!?Mik
break; OEjX(F3=
//其它类型略; #I0FWZ>W
case ("rm"): XIbxi
media = new RM(); $fD%18
break; E=,5%>C0#%
//其它类型略; x,10o
} ciml:"nQ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [|eIax xR,
player.Play(media); ~zac.:a8
} lV^:2I/
5Wa)_@qI)`
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Bl6I@w
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 u;rmqo1
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Nh^I{%.x
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 [9Rh" H;h
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 27c0wzq
public interface IMediaFactory Kn5C
{ FO^6c
IMedia CreateMedia(); x
zF
} Qfy_@w]
YB 7A5
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: C}xfo}i
public class MP3Factory:IMediaFactory gTTKjlI[
{ ll$mRC
public IMedia CreateMedia() af>i
{ LsIZeL^
return new MP3(); ,#,K_oz
} M=;csazN
} F3!@|/<w
//其它工厂略; >@bU8}rT
Eb9h9sjv
public class RMFactory:IMediaFactory s,[I_IiPf
{ yY UAH-
public IMedia CreateMedia() [Ca''JqrA
{ z-We>KX
return new RM(); Jf7H;ZM<
} mMZ{W+"[f
} wn_
>Vi1
//其它工厂略; 6<S-o|Xw
x<!]#**;
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。 2@Nd02v|
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: jA:'P~`Hj
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {N{eOa<HA
{ 0H +nVR
IMediaFactory factory = null; Rh"O$K~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i.On{nB"k
{ 2&:z[d}~H
//音频媒体 Z*q&^/N
case ("mp3"): @]~.-(IMh
factory = new MP3Factory(); ;rL1[qwk
break; ^u$=<66
//视频媒体 Z P|k3
case ("rm"): ]Ri=*KZa
factory = new RMFactory(); xV14Y9
break; H'!OEZ
//其他类型略; ) aMiT
} Fng
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -;"A\2_y
player.Play(factory.CreateMedia()); N@<-R<s^
} ;2g.X(Ra
Il@K8?H@
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。 >ZPu$=[W
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: [Nm?qY
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r 56~s5A
{ kkHK~(>G
IMediaFactory factory = null; [vb#W!M&|
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) y7#+VF`xf
{ k3B_M9>!
case ("mp3"): OzC%6;6h
factory = new MP3Factory(); 4NaT@68p
break; b}Im>n!
//其他类型略; &I'J4gk[
case ("rm"): 5 8;OTDR!
factory = new RMFactory(); CfrO1i F
break; & }j;SK5
//其他类型略; h0~<(3zC
} 5WfZd
IMedia media = factory.CreateMedia(); CL5^>.}
media.Play(); 4PS|
} p</t##]3ks
g6DIWMoO=h
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 gk8v{'0Er
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 7vPGb:y
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 \+U;$.)3
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: #Cs/.(<
Y~^R^J
<appSettings> 7],y(:[=v
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> P;gd!Yl<-
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> {*hGe_^
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> pQ7elv]
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> _hJ+8B^`
</appSettings> OC,yL Q
94
6r#`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: @ kv~2m
private void InitMediaType() 17l?li
{ pg,JYn
cbbMediaType.Items.Clear(); .sj/Lw}
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ]QHZ[C
{ CcV@YST?
cbbMediaType.Item.Add(key); @m`H~]AU
} V{>;Z vj1R
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; wS7Vo{#@\
} +Gy9K
FR'Nzi$
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ft{i6}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oTb42a_j{
{ k{X+Y6'ku
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); G^L9[c= ,
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); S%?>Mh?g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; C.uv0
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, o(v7&m;
factoryDllName).Unwrap(); 4UW)XLu6T7
IMedia media = factory.CreateMedia(); u0? TMy.%
media.Play(); >N`,
3;Z
} 0%\fm W j
"[z/\l8O
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。 Q-G8Fo%#,E
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: ~tW<]l7
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 3_
E}XQd
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!