面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) CFx$r_!~
n5 jzVv
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 ,xIWyI.
一、传统过程化设计思想 z,=k F I
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: .JL?RH2@8
public class MediaPlayer RLbxNn
{ @&]%%o+
private void PlayMp3() Qtn%h:i
S~
{ 2aO.t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :S{+|4pH
} [y$sJF7;I
TfqQh!Y
private void PlayWav() ?!kPW^gD
{ eMDraJv@
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZfN%JJOz(
} SgPvQ'\
EXYr_$gRs
public void Play(string audioType) ~@bh[o~rF
{ Zae$M0)
switch (audioType.ToLower()) HWT^u$a"
{ XqTDLM&
case ("mp3"): )k|_ CW~
PlayMp3(); n6 a=(T
break; /
L/hR4
case ("wav"): 69u"/7X
PlayWav(); &\GB_UA
break; u@-x3%W
} 7q[a8rUdh
} Ta3qEV s
} S-k:+ 4
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。 `>cBR,)r
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。 weky
5(:
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! "i ;c )ZP
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。 Do5)ilt
二、面向对象设计思想 *R6Ed
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! V0x;*)\PYm
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: rSvQarT
public class MP3 rik0F
{ $Y5m"wySZ
public void Play() d%:
{ pT` oC&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); O
o+pi$W
} `aW>h8$I)
} ^5sO;vf
rt[w
yz8
public class WAV %Cz&7 qf"
{ na1*^S`[
public void Play() td#B$$[
{ S @MO
MessageBox.Show("Play the wav file."); N8^AH8l
} >ps=z$4j*
} U6@Hgi>
B#T4m]E/
Public class MediaPlayer 9I;d>%
{ ]hL`HP
switch (audioType.ToLower()) ==\Qj{
7`
{ e$3{URg
case ("mp3"): a.yCd/
MP3 m = new MP3(); Bqd'2HQd
m.Play(); tmJ-2
break; ^%?*u;uU%
case ("wav"): OF)G2>t
WAV w = new WAV(); x4C}AyR
w.Play(); IE|$mUabm
break; plRBfw>]N
} M3U*'A\
} zFqlTUD`t
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。 VNcxST15a
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) BB694
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。 :q0TS>l
public class AudioMedia eZMDt B
{ V6C*d:
public void Play() =x/Ap1
{ %|:Gn) 8
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); OJGEX}3'
} `"/s," c:D
} TUQ+?[
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)。 #Jo#[-r
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: uoM;p'
public abstract class AudioMedia ;ctJ9"_g
{ 1webk;IM
public abstract void Play(); <n)J~B^
} Az}.Z'LJ
69{BJ]q
public class MP3:AudioMedia x"9e eB,
{ oK5"RW
public override void Play() &]'{N69@d?
{ oWu2}#~z_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); W/3,vf1
} 7)`U%}R
} +M"Fv9
2+7rLf`l
public class WAV:AudioMedia em+dQ15
{ :4f>S)m
public override void Play() GEdWpYKS-`
{ wsnR$FhQ`
MessageBox.Show("Play the wav file."); &G)I|mv
} h2SVDKj
} Y%FQ]Q=+
WPmH4L>T
public class MediaPlayer `m.).Hda
{ [<+A?M=
//根据需要完成任务的单向分派 5v f?E"\r
public void Play(AudioMedia media) fZqqU|tq
{ !y&uK&1
media.Play(); ,dTRM
} ;wi}6rF%[i
} zq=X;}qYj
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)。 ZH:-.2*cj
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。 mUmU_L u8
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: *v}8n95*2
public abstract class VideoMedia s[
ze8:
{ )AxgKBW
public abstract void Play(); F%t_9S,)O
} ET_a>]<mv
7hs1S|
public class RM:VideoMedia J|9kWjOf+i
{ Uq:WW1=kh
public override void Play() G% |$3
{ O T*C7=
MessageBox.Show("Play the rm file."); q`HuVilNH
} _.9):i2<SF
} ZPktZ
6`>WO_<z
public class MPEG:VideoMedia </UUvMf"
{ f4JmY1)@
public override void Play() $)1i)/]9U
{ :2'y=t #
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )U?Tmh
} %V,2,NCd
} Nl[]8G};
*&f^R}O
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 t<)Cbple\
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: L\cd=&b`
JnWG_|m)
public interface IMedia s$cr|p;7#
{ #JmVq-)
void Play(); 9Q~9C9{+
} M bj{C
>UUcKq1M:
public abstract class AudioMedia:IMedia pO^PkX
{ Z*+0gJ<Y
public abstract void Play(); i`m&X6)\j
} YP^=b}
JHxy_<p/
public abstract class VideoMedia:IMedia /s@t-gTi
{ 'jw?XtG
public abstract void Play(); rBOxI
} }?KvT$s
+3a}~p W
这样再更改MediaPlayer类的代码: BHVC&F*>
public class MediaPlayer +-DF3(
{ OcA_m.
public void Play(IMedia media) |WiE`&?xP
{ e-!6m#0
media.Play(); iKJ-$x_5
} kLsp0%2
} WH>= *\
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 <G};`}$a
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 U$*AV<{%
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。 Jy#c 6
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) dRdI('
{ wzXIEWJ
IMedia media = null; ?QDHEC62
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) y*F !k{P
{ F@8G,$
case ("mp3"): N('=qp9
media = new MP3(); [>2iz
break; <r9L-4
//其它类型略; '|I8byiK
case ("rm"): xRX2u_f$<
media = new RM(); Qm-I=Rh+
break; FAkrM?0/
//其它类型略; / [s TN.MG
} YFJw<5&
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Uuxx^>"h\
player.Play(media); VjI=5)+~
} Su]@~^w
sf([8YUd
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 N)I9NM[
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 6'{/Ote
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 D*%? 0
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 *1H8
&
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Ulf'gD4e
public interface IMediaFactory `D%U5Jb
{ 3X;k c>
IMedia CreateMedia(); !^yH]v
} "{;E+-/
aL
wtl3Ex,DO
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: `rLcJcW
public class MP3Factory:IMediaFactory %O69A$Q[m
{ 8l1s]Kqr
public IMedia CreateMedia() uPT2ga ]
{ :*=fGwIWS
return new MP3(); t3qPocYQ
} Silh[8
} X[ 6#J
//其它工厂略; OH\(;RN*
vGCvJ*4!
public class RMFactory:IMediaFactory 0P5s'2w
{ )>=!</@
public IMedia CreateMedia() 4'+g/i1S
F
{ u?-|sv*
return new RM(); 9-W3}4'e
} R_4eME2LB
} O
.ESI
//其它工厂略; ]\C wa9
Sl;[9l2
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。 [u $X.=(
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: dwpE(G y6c
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) RoFOjCc>D.
{ tEN8S]X
IMediaFactory factory = null; ( GW"iL#.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `<Q[$z
{ kl~)<,/@
//音频媒体 y}F;~H~P
case ("mp3"): th1;Ym+Ze
factory = new MP3Factory(); z/I\hC9i
break; %lnVzGP
//视频媒体 lR>p
case ("rm"): j|KjQ'9
factory = new RMFactory(); Ob&m&2s,
break; KB"N',kG
//其他类型略; ELN1F0TneH
} )n&6= Li
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); M!/!*,~
player.Play(factory.CreateMedia()); g5C$#<28
} 5|jsv)M+
-U{CWn3G
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 =h@t#-Z"
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: }`$s"Iv@
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _f1;Hhoa
{ '5m4kDs
IMediaFactory factory = null; sXi~cfFaE
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) dC<2%y
{ #z1/VZ
case ("mp3"): r j.X"
factory = new MP3Factory(); k\TP3*fD
break; yW)r`xpY
//其他类型略; 3&!v"ms
case ("rm"): l*$~Y0
factory = new RMFactory(); 6U0BP
break; T)I\?hqTB
//其他类型略; 2lCgUe)N
} b/w5K2
IMedia media = factory.CreateMedia(); G=F _{z\}
media.Play(); SajG67
} +lX Iv
TVM19)9
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 .0rTk$B
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。 0j!xv(1
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。 M2$Hb_S{
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: y9N6!M|'y
[}=a6Q>)
<appSettings> v:P=t2q
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> }1DzWS-hh
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Hz"FGwd
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q Hr'r/0
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 1l'JoU.<
</appSettings> hD[r6c
AHo }K\O?r
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: M>Q3;s
private void InitMediaType() vGnFX0?h
{ 9X&=?+f
cbbMediaType.Items.Clear(); kWacc&*|
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Q;s{M{u
{ ]8htL#C
cbbMediaType.Item.Add(key); r1Hh @sxn
} lWn}afI
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; +c8t~2tuN
} P}^Y"zF2
(5;nA'
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: sPMICIv|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) '5b0 K1$"
{ ucJ}KMz
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); NM9,AG
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); njZJp|y6
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; \:g\?[
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 3B='f"G
factoryDllName).Unwrap(); BIS .,
IMedia media = factory.CreateMedia(); Fi'ZId
media.Play(); n2~WUK
} rvU^W+d
Ai"MJ6)
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。 qW4DW4
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: +\*b?x
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :7i x`C2
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!