面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <zn)f@W
bs~P
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。 Icg-rwa<Z
一、传统过程化设计思想 w$f_z*/
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: g&2g>]
public class MediaPlayer |G/WS0
{ J%|;
private void PlayMp3() G_5{5Ar
{ $]xH"Z%"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Q2]7|C
} i@WO>+iB
y6sY?uu
private void PlayWav() imwn)]L R
{ ZJGIib
MessageBox.Show("Play the wav file."); R6>*n!*D@
} [a$1{[|)
L{&1w
public void Play(string audioType) WTt
/y\'6
{ ^tm2Duv
switch (audioType.ToLower()) +|+fDQI
{ 1y U!rEH
case ("mp3"): *"F*6+}w"
PlayMp3(); Qd% (]L[N.
break; X%iqve"{nB
case ("wav"): QJkiu8r
PlayWav(); =8p[ (<F=
break; 9S'\&mRl
} Ly, ];
} 4U)%JK.ta
} }c4F}Cy
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 C5Fq%y{$.
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。 6~s{HI!
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! B@ \0b|
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。 [vY)y\W{
二、面向对象设计思想 SFsT^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! B1i'Mzm-4
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: hdM?Uoo(4a
public class MP3 #vBSg
{ X88I|Z'HIh
public void Play() J[K>)@I/
{ ^MT20pL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'e
x/IqbK
} ;lTgihW-
} u<j.XPK
o1]1I9
public class WAV NH1|_2
{ 4HXNu, T'
public void Play() &.0 wPyw
{ Hpp;dG
MessageBox.Show("Play the wav file."); %-!:$ 1;
} JvW!w)$pY
} <lPHeO<^]
xxdxRy9/
Public class MediaPlayer dUceZmAl
{ c/3]M>+M
switch (audioType.ToLower()) 1b!5h
{ (%M:=zm
case ("mp3"): ?nR$>a`
MP3 m = new MP3(); R ta_\Aj!
m.Play(); )7rMevF(xJ
break; \ $9n
`
case ("wav"): }
/Iw]!lK2
WAV w = new WAV(); VK4"
w.Play(); P(zquKm
break; O}Do4>02
} C9T-4o1
} X^0jS
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 e=Kr>~q=
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) +G!;:o
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 SY2((!n._
public class AudioMedia m-4P*P$X
{ :3J,t//c
public void Play() E*'sk
{ SKt&]H
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ?55t0
} N"1o>
!
}
v% 6uU
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)。
_GS_R%b
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: ce@1#}*
public abstract class AudioMedia lZ|+.T!g?
{ r==d^
public abstract void Play(); .\XFhOsa
} $`,10uw
4zyN>f|
public class MP3:AudioMedia
f?vbIc`
{ 4&%0%
public override void Play() fUj[E0yOF
{ *?bOH5$@Nw
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D$@5$./
} vZMb/}-o
} mq
0 d ea
'D_a2xo0
public class WAV:AudioMedia !\|_,pSB
{ Nz/PAs7g6
public override void Play() ymH>]
cUm
{ _L?MYkD
MessageBox.Show("Play the wav file."); %8Eu{3
} y5/frJ
} slUnB6@Q
6Qtyv
public class MediaPlayer 3.?G,%S5.$
{ ;] v{3m
//根据需要完成任务的单向分派 de7
\~$
public void Play(AudioMedia media) 0?V{u`*
{ +_E^E
media.Play(); D-tm'APq
} IE|$mUabm
} Z4 +6'
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 _Fz]QxO
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 +q/ j
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: nM1F4G
public abstract class VideoMedia Xv%1W?
>@/
{ D!-
78h
public abstract void Play(); {T^"`%[
} #~(VOcRI
69{BJ]q
public class RM:VideoMedia `EUufTYi
{ dp3>G2Yq
public override void Play() +$-@8,F>
{ F?wfh7q
MessageBox.Show("Play the rm file."); _U s"
} M@Th^yF+8H
} +Nt4R:N
D*M `qPX~
public class MPEG:VideoMedia ,Z
q:na
{ M3tl4%j
public override void Play() n{tc{LII/
{ azP H~'E'
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g#5R||r
} u]yy%@U1
} m2PUU/8B/
3l{V:x!9@
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。 ingG
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: U,Z\)+-R
F@BpAl
public interface IMedia ~gDYb#p
{ Cv**iW
void Play(); f3K-X1`]'U
} scg&"s
2"IV
public abstract class AudioMedia:IMedia vV,TT%J8D
{ 9\Ii$Mp
public abstract void Play(); ZQ`8RF *v
} ]
ZV[}7I.
`"5Ub,~
public abstract class VideoMedia:IMedia 8 v/H;65
{ R"B{IWQi
public abstract void Play(); Hjm> I'9
} s scbf
)|~K&qn`
这样再更改MediaPlayer类的代码: 6}"%>9
public class MediaPlayer ?P
kJG,~
{ &Hoc`u
public void Play(IMedia media) &*`dRIQ]
{ @{/)k%U
media.Play(); y``\^F
} @6;OF5VsQ
} *:%&z?<Fw
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 iLy^U*yK
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 #(^<qr
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 PCT&d)}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S;~eI8gQ"
{ |Z:yd}d
IMedia media = null; \{h_i
FU!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ,GSiSn
{ JwG(WLb:
case ("mp3"): %1?t)Bg
media = new MP3(); "~4V(
break; "laf:Ty1
//其它类型略; 6#z8 %kaX
case ("rm"): SU0Ss gFB
media = new RM(); lNX*s
E
.
break; Ao K9=F}
//其它类型略; wd`p>
} FB6Lz5:Vf
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); iv*RE9?^
player.Play(media); tA(oD4H9
} '\bokwsP
`l|Oj$
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 =xk>yw!O)
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。 9PB%v.t5y
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。 7Z>vQ f 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。 q@|+`>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: jFj11w1FrA
public interface IMediaFactory 94u{k1d x
{ !eLj +0
IMedia CreateMedia(); 9%/hoA)
} XO <wK
OXEk{#Uf[3
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: &L;ocd$
public class MP3Factory:IMediaFactory B$4*U"tk
{ *'<AwG&
public IMedia CreateMedia() 8\n3
i"
{ _R4}\3}!
return new MP3(); Ys"wG B>
} 25Dl4<-Z
} m>@hh#kBg
//其它工厂略; X 'Ss#s>g
^X=Q{nB
public class RMFactory:IMediaFactory :t}\%%EbmE
{ Q]:O#;"<
public IMedia CreateMedia() diq}\'f
{ L:R4&|E/t
return new RM(); ^9g$/8[^c_
} n
~t{]if"
} }u Y2-l
//其它工厂略; j]Auun
dGIdSQ~ _
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。 1|bXIY.J*
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: Q#bW"},^k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,T/Gv;wa2
{ ]P4WfV
d
IMediaFactory factory = null; ?bTfQH
vX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *$tXm4
O[
{ @CMI$}!{V
//音频媒体 @KN+)q P
case ("mp3"): ( xs'D4
factory = new MP3Factory(); xEb>6+-F@
break; &qv~)ZM$
//视频媒体 P}bIp+
case ("rm"): %b6$N_M{H1
factory = new RMFactory(); -;""l{
break; zp:dArh0
//其他类型略; oV|O`n
} }0'=}BE
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); XlmX3RU
player.Play(factory.CreateMedia()); k(gbUlCc
} |{(<A4W
mypV[
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。 @CprC]X
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: @Jt$92i5PS
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (jc@8@Wo.
{ j3j?2#vR
IMediaFactory factory = null; r$7.
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) %I1@{>OxG
{ m%'nk"p9
case ("mp3"): agIqca;
factory = new MP3Factory(); C{exvLQ
break; z7K{ ,y
//其他类型略; *a9cBl'_
case ("rm"): z.vQ1~s
factory = new RMFactory(); AdX))xgl
break; v"*r %nCi
//其他类型略; iaGA9l<b
} \PrJy6&
IMedia media = factory.CreateMedia(); mF4W4~"
media.Play(); GQ2GcX(E(
} 1w,_D.1'
p`tz*ewC
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 I
_nQTWcm
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 uEPp%&D.+
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 v{u3[c
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: MxTJgY
v%tjZ5x
<appSettings> !np_B0`
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 'gwh:
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> wNB?3v{n
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> @0 +\:F
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Lcg1X3$G
</appSettings> cEXd#TlY~X
1C=42ZZ&2
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: LvGo$f/9
private void InitMediaType() X+;#^A3
{ R0w~ Z
cbbMediaType.Items.Clear(); qU&v50n
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 79Aa~ +i'_
{ 8z-wdO\
cbbMediaType.Item.Add(key); ,LOx!
} ko{&~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lh\`9F:
} W;X:U.
u9 *ic~Nh
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Qm[ ) [M
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) JBV
06T_4o
{ Sw{rNzh%$
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); (e
2.Ru
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); .<K9Zyi
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; fTy{`}>
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, |>JRJ"CFE
factoryDllName).Unwrap(); -t*P=V|@
IMedia media = factory.CreateMedia(); `'rvDaP
media.Play(); lo7>$`Q
} n2opy8J#!
uY&t9L8
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。 =EHKu|rX~
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: PTF|"^k+
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 @Y%i`}T%(
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!