面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) :4f>S)m
Cz%tk}2
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。 I$Bu6x!
一、传统过程化设计思想 XvU^DEfW
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: PtUea
public class MediaPlayer `*J;4Ju@
{ \<}4D\qz
private void PlayMp3() v\3:R,|'
{ arR9uxP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D+Ke)-/
} 6fozc2h@x%
}Ss]/_t
private void PlayWav() ;wi}6rF%[i
{ zq=X;}qYj
MessageBox.Show("Play the wav file."); a5/6DK>
} b1(7<o
3 %ppvvQ
public void Play(string audioType) F3XB};
{ LyaFWx
switch (audioType.ToLower()) aL9yNj}2
{ &Hb;; Ic(
case ("mp3"): 7*9a`p3w
PlayMp3(); lTe7n'y^^
break; KxZO.>,
case ("wav"): `K ,{Y_
PlayWav(); L9| 55z
break; Ho}"8YEXNV
} Rr'#OxF
} b) k\?'j
} 0h[pw
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 Z`UwXp_s
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 |\?mX=a.y
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! s#%$aQ|Fp
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。 yJCqP=
二、面向对象设计思想 wxa?.
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! u3"0K['3
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: ?s=O6D&
public class MP3 Vq'\`$_
{ 5r*5Co+
public void Play() eI+<^p_j2
{ 77FI&*q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _GoV\wGKl
} LH=gNFgzt
} X"4 :#s
q#{.8H-X'
public class WAV vD=>AAvG
{ mv5=>Xc6
public void Play() +VJS/
{ ! :[`>=!
MessageBox.Show("Play the wav file."); :bh#,]'
} J**-q(>
} ae1?8man
z n,y'},
Public class MediaPlayer "!ZQ`yl
{ HHT_ }_?
switch (audioType.ToLower()) R&>G6jZ?8
{ <G9HVMiP
case ("mp3"): .!fhy[%o:D
MP3 m = new MP3(); :y/1Jf'2f
m.Play(); Q[j'FtP%
break; e-!6m#0
case ("wav"): iKJ-$x_5
WAV w = new WAV(); kLsp0%2
w.Play(); 1V\tKDM
break; }McqoZ%F
} #?OJ9pyG'
} *oby(D"p
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。 {8TLL@T4
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) iS p +~
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。 R[C+?qux
public class AudioMedia Kyf,<zF
{ %^bHQB%
public void Play() FAkrM?0/
{ / [s TN.MG
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); YFJw<5&
} oZD+AF$R
} hTEwp.
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)。 pZ_zyI#wx_
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: ; _ziRy
public abstract class AudioMedia 3WVH8S b
{ Fy;
sVB
public abstract void Play(); ,Y:ET1:
} fY4I(~Q
~ u)}/
public class MP3:AudioMedia W)_|jpd[
{ Bj=lUn`T:
public override void Play() = 9Ow!(!@
{ i,H(6NL.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i/C`]1R/
} }508wwv
} \aN*x
':>u*
public class WAV:AudioMedia t3qPocYQ
{ _%@dlT?
public override void Play() AV>_bw.
{ |p .o ^
MessageBox.Show("Play the wav file."); [!~=m
} !*?|*\B^I
} ]c9\[Kdq}H
x>cl$41!W
public class MediaPlayer YE*%Y["
{ HBdZE7.x)3
//根据需要完成任务的单向分派 CN{xh=2qY[
public void Play(AudioMedia media) ,qT^e8E+
{ &G|^{!p/G
media.Play(); .E:3I!dH7
} gW5yLb_Vz$
} u |mTF>L
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)。 VLfc6:Yg
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。 t] CA!i`
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: [HEljEv
public abstract class VideoMedia /E39Z*
{ y}F;~H~P
public abstract void Play(); ? K ,d
} ;!+-fn4C
%lnVzGP
public class RM:VideoMedia lR>p
{ EKD?j
public override void Play() 03/mB2|TF(
{ \ xJ_)r
MessageBox.Show("Play the rm file."); 3;O4o]`
} ;e"dxAUe!^
} Tc.QzD\
8345
H
public class MPEG:VideoMedia T4nWK!}z
{ 9+iz+
public override void Play() .6=;{h4cpB
{ 0clq}
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); UhKd o
} d =p=eUd2
} Nz77"
kC
dq{+-XaEk
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。 7>E>`Nc6
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: GGs7]mhA
Z[9t?ePL
public interface IMedia ^OOoo2
{ 3&!v"ms
void Play(); Eq?U$eE
} I/*^s
SHYbQF2
public abstract class AudioMedia:IMedia 6l PuYEmT
{ p9E/#U8A_
public abstract void Play(); wVq9t|V
} 8:;]tt
;nx.:f
public abstract class VideoMedia:IMedia bt};Pn{3
{ SsEpuEn
public abstract void Play(); ICEyz|
C
} D$AvD7_
RW<10:
这样再更改MediaPlayer类的代码: 4?fpk9c{2
public class MediaPlayer Uc,J+j0F
{ :Xs4 C%H;
public void Play(IMedia media) 4wN5 x[vp
{ AtUt E#K
media.Play(); m5o$Dus+?'
} o-o -'0l
} sd"eu
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 gZ|!'
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。 UcKVLzKs
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。 MH|F<$42
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !|l7b2NEz-
{ I)kc[/^j$
IMedia media = null; kLF~^/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &ty-aB=F
{ Lq62
case ("mp3"): qg/FI#r
media = new MP3(); *b_Iby-ZD
break; lCgzQZ
//其它类型略; yk'L_M(=
case ("rm"): sYfm]Faz
media = new RM(); Peo-t*-06
break; L]%!YP\<T
//其它类型略; ORM3oucP
} |@~_&g
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )Ii`/I^
player.Play(media); fk9q 3
} -G~/ GO
RU=\eD
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nLOK1@,4
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。 X`3_ yeQc
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。 gnkeJ}K
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。 /i dI-
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: eso-{W,D
public interface IMediaFactory ($!uBF-b
{ 7n o6
IMedia CreateMedia(); $e2+O\.>
} d!46`b$rd
I o"3wL)2
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: d>NO}MR
public class MP3Factory:IMediaFactory d&AO4^
{ ^<Gxip
public IMedia CreateMedia() A|4om=MO
{ @lX%Fix9
return new MP3(); s)fahc(@E
} Q@W!6]*\
} HI{h>g T
//其它工厂略; LEOri=?RF
T*gG <8
public class RMFactory:IMediaFactory (7N!Jvg9
{ i=*H|)
public IMedia CreateMedia() >tPf.xI|l
{ "]uPke@
return new RM(); .vctuy&
} G'u[0>
} mr/?w0(C
//其它工厂略; _VRxI4q
*N4/M%1P
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。 UmvnVmnv
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: J<0d"'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )HC/J-
{ ll1N`ke
IMediaFactory factory = null; b !y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z5oJQPPi
{ \NMqlxp2
//音频媒体 0%<
hj
case ("mp3"): t)Cf]]dV
factory = new MP3Factory(); t#@z_Mn\
break; x/CM)!U)
//视频媒体 P
4t@BwU$
case ("rm"): 6Q\|8a
factory = new RMFactory(); F\&{ >&
break; \+nV~Pi"A
//其他类型略; &tvtL
} a]7g\rg)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :aBxyS*}G
player.Play(factory.CreateMedia()); ,}]v7DD
} 1x=x,lcL
7V8k =
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。 ZgG~xl\My
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: 9) ,|h
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {aq)Y>o5:T
{ ~c<8;,cjYR
IMediaFactory factory = null; S5u$I
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cfilH"EK
{ :hs~;vn)
case ("mp3"): U]gUGD!5x
factory = new MP3Factory(); 7M4J{}9
break; 9PA<g3z
//其他类型略; akNqSZwj
case ("rm"): ^+CWo@.
factory = new RMFactory(); L%(NXSfu7
break; Pzq^x]
//其他类型略; 9Q}g
Vqn
} I<CrEL<5}~
IMedia media = factory.CreateMedia(); qPD(D{,f$
media.Play(); .{c7 I!8
} =]-z?O6^`
qzJ<9H
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。 jd-ccnR l
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。 W>i%sHH6
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。 tuIZYp8tIN
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: ,pI9=e@O/z
ohqThl
<appSettings> $l"%o9ICG
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Li}5aK
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> hHmm(~5gR
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> R'`'q1=R
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> RZV6;=/
</appSettings> *E/ Mf
f$\O:E=
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: &K60n6q{aQ
private void InitMediaType() ssx#|InY
{ B7[d^Y60B
cbbMediaType.Items.Clear(); &nXE?-J
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -JF^`hBD-
{ VqV [ @[P
cbbMediaType.Item.Add(key); aIFlNS,y
} ih/E,B"
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; o
?vGI=
} Q17dcgd
|@'O3KA
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: a{r"$>0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L?ht^ H
{ yD7}
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); kMurNA=
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); O7
aLW
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ur8+k4]\"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ciN\SA ZY
factoryDllName).Unwrap(); h#O9TB
IMedia media = factory.CreateMedia(); |xcI~ X7Q
media.Play(); X>=`l)ZR
} p__wBUB
ceE]^X;p
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。 G2kU_
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: M)+p H
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ^_|kEvk0
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!