面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :Z`4ea"w
^=W%G^jJy
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。 SDTX0v
一、传统过程化设计思想 $\0j:<o
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: e6{/e+/R
public class MediaPlayer VsUEp_I
{ E{lq@it32p
private void PlayMp3() n>! E ]
{ S
_# UEf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); f~"3#MaV
} ZXr]V'Q?
+5^*c^C
private void PlayWav() o#w6]Fmc
{ Ry/NfF=
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^S, "iV
} #<se0CJB
\'1%"JWK
public void Play(string audioType) pz-`Tp w
{ V ;>{-p
switch (audioType.ToLower()) LscAsq<H<
{ f'r/Q2{n
case ("mp3"): {feS-.Khv
PlayMp3(); - FE)
break; x6F\|nb
case ("wav"): !.p!
PlayWav(); @Z.Ne:*J
break; iiRK3m
} Fbk<qQH
} y(N-1
} BPi>SI0
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 R2M,VK?Wx
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 8f29Hj+
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! m<OxO\ Mpf
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 a9D5qj
二、面向对象设计思想 ?u8+F
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! .,EZ-&6{
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: &I d^n
public class MP3 S%Ja:0=}?
{ LzgD#Kz
public void Play() HqN|CwGgJ:
{ ydlH6 >
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }KZ/>Z;^
} b6NttY!3
} 8N|*n"`}
u5idH),<
public class WAV EiT
raWV"O
{ Jr1^qY`0+
public void Play() v~@Y_`l
{ RRq*CLj
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2%WZ-l!i
} Q~*A`h#
} Oq! u `g9
MTqbQ69v
Public class MediaPlayer %DRDe
{ Ppx*
switch (audioType.ToLower()) 5[*MT%ms
{ w.0.||C
O
case ("mp3"): l~f +h?cF
MP3 m = new MP3(); vTB*J,6.
m.Play(); {5_*f)$[H
break; -j<UhW
case ("wav"): Z{ p;J^:
WAV w = new WAV(); e HOm^.gd
w.Play(); #XmN&83_
break; i%\nJs*
} .h*&$c/l
} FtF!Dtv
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。 &[3!Lk`.0
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) EA8(_}
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。 Ye )(9
public class AudioMedia mexI}
{ 'TbA^U[
public void Play() 4NEk#n
{ dxASU|Yo9
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); TyK;
q{
} 6J=~ *&
} fA+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)。 A 4&e#
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: z?7s'2w&{
public abstract class AudioMedia Rx'7tff%I
{ O050Q5zy
public abstract void Play();
hSg:Rqnk
} 4wNxn
lP
$9b||L
public class MP3:AudioMedia IA+>dr
{ E!Ng=}G&_
public override void Play() 33u7
{ QZwRg&d<o
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }D=h"\_=
} `Cb$8;)z
} |E?%Cj^W
neZ_TT/3K
public class WAV:AudioMedia )p!dqlK
{ esLY1c%"/
public override void Play() m\~[^H~g
{ #b8/gRfS
MessageBox.Show("Play the wav file."); t@4vEKw?.X
} o/&:w z
} r[\47cG
6=H-H\iw
public class MediaPlayer m+vwp\0
{ [ PQG]"
//根据需要完成任务的单向分派 rre;HJGEL
public void Play(AudioMedia media) MM5#B!BB
{ 7unu-P<C
media.Play(); 5 wc&0h
} IGI2).$[
} ;M JM~\L0
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)。 1}'Jbj"/
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。 QeQbO
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: X5<L
public abstract class VideoMedia bqLv81 V
{ :m+:%keK
public abstract void Play(); Bq2}nDP
} LLU>c]a
$iF7hyZ
public class RM:VideoMedia 1w5p*U0 ;
{ &GbCJ
public override void Play() =]Ek12.
{ q$HBPR4h
MessageBox.Show("Play the rm file."); Rd#,Tl\
} 'dht5iI;Yw
} oiR`\uY
v=W%|iZ
public class MPEG:VideoMedia s&tr84u|
{ ?pxx,o6l
public override void Play() Rdv"Aj:
{ c76^x
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); uZ'5&k96T
} ___+5r21\
} XBeHyQp
mV'd9(s?
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。 SE/@ li
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: +~[19'GH
<4>6k7W
public interface IMedia bRIb'%=+GA
{ W>,b1_k
c
void Play(); 4<O[d
} 3g6R<Ez
%_3{Db`R>
public abstract class AudioMedia:IMedia Lh. L~M1X
{ h7Ma`w\-
public abstract void Play(); CP?\'a"Kt
} m.4y=69 &
Q.8Jgel1
public abstract class VideoMedia:IMedia &MKv_
{ Vj:PNt[
public abstract void Play(); oF3#]6`;/
} 0u0Hl% nl
2s(K4~e e
这样再更改MediaPlayer类的代码: !-7(.i -
public class MediaPlayer [Q%3=pm_
{ ?pVODnP k
public void Play(IMedia media) vR`KRI`{
{ 'uPqe.#?
media.Play(); _mO\Nw0
}
*qR
tk
} mqE&phF,
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 fj"S|]e
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。 V8N<%/A=
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。 ]#J]f
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ao,LP,_
{ W:tE ?Hu
IMedia media = null; g"#+U7O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) h.8J6;36
{ G[wa,j^hu
case ("mp3"): !WIL|\jbh
media = new MP3(); lvFHr}W
break; &XZ>}^lD^
//其它类型略; Zwq_&cJK
case ("rm"): ,v^it+Jc'
media = new RM(); JY_' d,O
break; U}{r.MryFG
//其它类型略; M`5^v0,C
} Oi{jzP
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); TRQva8d?
player.Play(media); WM"I
r1
} t[DXG2&
?^6RFbke+
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Eu0_/{:
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。 TQ>1u
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。 g,q&A$Wi
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 LS \4y&J40
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: RLIugz{IH
public interface IMediaFactory M9i u#6P
{ sNNt0q(
IMedia CreateMedia(); k!!o!r BS
} L1 J"_.=P
T{ojla(
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: mH8"k+k
public class MP3Factory:IMediaFactory K~Xt`
{ AMkjoy3+]
public IMedia CreateMedia() Nlo*vu
{ UZdpKi@
return new MP3(); 38f9jF%7j
} dM$]OAT
} /*8"S mte
//其它工厂略; 8"
\>1{^
Nc]]e+N#V
public class RMFactory:IMediaFactory Ok,hm.|
{ e0aeiG$/0
public IMedia CreateMedia() '|6j1i0x
{ $A ( #^&
return new RM(); .lj\H
} z43 H]
} UZXnABg,J
//其它工厂略; {o;J'yjre1
|KkVt]ZQe9
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 oS]XE!^M
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Ldig/:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *VD-c
{ ./[t'dgC
IMediaFactory factory = null; C:H9C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) CjD2FnjT
{ ?}O\'Fa8
//音频媒体 7$/ O{GBJ
case ("mp3"): k%.IIVRx
factory = new MP3Factory(); fRq2sK;+
break; k ELV]iWb
//视频媒体 Wb^YqqE
case ("rm"): *)"`v]
factory = new RMFactory(); (LGx;9S?
break; !d^5mati)T
//其他类型略; >7
4'g}
} r`mfLA]d
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6o
{41@v(
player.Play(factory.CreateMedia()); "tm2YUG},s
} )5p0fw
T?Hs_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。 S _1R]n1/
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: &;*jMu6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Dy5'm?
{ ++5SofG@
IMediaFactory factory = null; poQY X5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @VVBl I
{ v=@Z,-
case ("mp3"): \V}?K0#bt
factory = new MP3Factory(); Z^s&]
break; mpN|U(n
//其他类型略; ;CFI*Wfp
case ("rm"): >P/.X^G0
factory = new RMFactory(); IhY[c/|i
break; LzP+l>m
//其他类型略; P>Pw;[b>O
} ^!?W!k!:V
IMedia media = factory.CreateMedia(); F"~uu9u
media.Play(); ? !cUAa>iH
} f)/Yru. ;
j<e`8ex?
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。 /+iU1m'(
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。 U z[#t1*
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。 ?%#3p[
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: [gx6e 44
?/5WM%
<appSettings> 3~%9;.I3!
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 1s/t}J~zZ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> IL*C/y
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> "Lw[ $
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ~X)Aw3}F
</appSettings> Z;-=x p
|*K AqTO0
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: IP9mv`[
private void InitMediaType() hvwKhQ}wX
{ [y&yy|*\
cbbMediaType.Items.Clear(); ,l1A]Wx
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ]>B>.s
{ R %aed>zo
cbbMediaType.Item.Add(key); M4~^tML>Ey
} .SAOE'Foo
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Lzm9Kh;
} ER;?[!
fX^<H_1$G
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: :6:;Z
qn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o/t^rY y
{
_xjw:
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~M _@_
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); a9}7K/Y=d
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; p.~hZ+ x_
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, J!YB_6b
factoryDllName).Unwrap(); .hPk}B/KV
IMedia media = factory.CreateMedia(); 14Y_ oH9
media.Play(); z10J8Ms'
} 'I^3r~_
pMndyuoJl
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。 KxhMPvN'
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: +-"uJIwMD
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ;&RBg+Pr
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!