面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Jt[,V*:#
\ @fKKb|
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。 <=V{tl
一、传统过程化设计思想 gXlcB~!
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: 5.*,IedY
public class MediaPlayer KzP{bK5/
{ `IEA
private void PlayMp3() .9J}Z^FD
{ =kfa1kD&{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^86M94k
} Av?R6
!:m.-TE
private void PlayWav() w|6/ i/X
{ "p*'HQ
MessageBox.Show("Play the wav file."); E*u*LMm
} Q#G xo
N[e,%heR
public void Play(string audioType) +C8O"
{ \yu7,v
switch (audioType.ToLower()) Ps>:|j+
{ 0F@ ~[W|2
case ("mp3"): [#C6K '
PlayMp3(); Hf@4p'
break; !8[T*'LJ-
case ("wav"): In^mE(8YO
PlayWav(); L7Hv)
break; =T,Q7Dh
} = V2Rq(jH
} RARA _tii
} :Y\ ~[Y
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。 5, ,~k=
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。 E<Zf!!3
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! N?ccG\t
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。 C[<}eD4bV
二、面向对象设计思想 Q $}#&
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! D9[19,2r`
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: U?sHh2*
public class MP3 X7huc*
{ ()IZ7#kL?
public void Play() ?E"192,z@
{ !:!(=(4$P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); L@{'J
} IQ@9S
} ]JjS$VMauX
Q?i_Nl/|
public class WAV xqzeBLU
{ hK3-j;eg
public void Play() iHGVR
{ T0tX%_6`
MessageBox.Show("Play the wav file."); j|[rT^b@
} 2L~Vr4eHG
} #QoWneZ
bO\++zOF
Public class MediaPlayer `/PBZnj
{ |CDM(g>%
switch (audioType.ToLower()) D<6$@ZJ
{ lH4Nbluc^
case ("mp3"): b!]O]dk#
MP3 m = new MP3(); ?Fl}@EA#M
m.Play(); l&ueD&*4&
break; fWmc$r5n](
case ("wav"): ChTq !W
WAV w = new WAV(); +Ww] %`_
w.Play(); R.rch2
break; !0,q[|m
} |Gf<Ql_.4
} fEZuv?@
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 o}v<~v(
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) /yG34) aB
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 LeLUt<4~
public class AudioMedia ,a{85HLr]
{ ]eKuR"ob0
public void Play() hI:.Qp`r
{ ~S/oW89
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); r%.k,FzGZY
} ?:\/-y)Sp
} t(#9.b`W)
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 ?}KRAtJ8
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: &>zH.6%$
public abstract class AudioMedia @wR3L:@
{ i//H5D3
public abstract void Play(); ^cYB.oeu
} #%"G[B
L]kBY2c
public class MP3:AudioMedia <gF]9%2E
{ 5bLNQz\WJ
public override void Play() bTum|GWf
{ |8k1Bap`z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mXRkR.zu+
} 1,fR kQ
} #d@wjQ0DW
sUG!dwqqd
public class WAV:AudioMedia 1CB&z@
{ eN=jWUoCh
public override void Play() l{[@Ahb}?
{ gK rUv0&F
MessageBox.Show("Play the wav file."); 7_I83$p'
} pa!BJ]~
} B7 s{yb
TPN+jK
public class MediaPlayer KnG7w^
{ zS%XmS\
//根据需要完成任务的单向分派 LCB-ewy#E
public void Play(AudioMedia media) Hm2Y%
4i%
{ nJ;^Sz17Q
media.Play(); |[.-pA^
} l!tR<$|
} dVbFMQ&
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)。 36=aahXd\
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。 (GC]=
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: q/ljH_-
public abstract class VideoMedia bT,_=7F
{ ?4b0\ -
public abstract void Play(); cwmS4^zt8
} c]^P$F8U
Af _4Z]F
public class RM:VideoMedia sT)>Vdwf_
{ joe)b
public override void Play() zy,SL
|6:
{ *z~,|DQ(A
MessageBox.Show("Play the rm file."); Ev7.!
} P{o)Ir8Tt
} kq}byv}3I
G8av5zR
public class MPEG:VideoMedia ?AyxRbk
{ zZ%[SW&vC
public override void Play() aw*]b.f
{ Z*k(Q5&U
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 0/GBs~P
} Lwl1ta-
} $*0-+h
IJ Jp5[w
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 9#z$GO|<
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: ^-"Iwy
uPfz'|,
public interface IMedia eAlOMSL\
{ FOk&z!xYKd
void Play(); Pe@#6N`
} "6jt$-?
a}yb~:TC
public abstract class AudioMedia:IMedia nm5DNpHk
{ IhNX~Jg'^
public abstract void Play(); p~w] ~\
} JQ%hh&M\0
oP,*H6)i
public abstract class VideoMedia:IMedia E
f\|3D_
{ v5M4Rs&t
public abstract void Play(); HP8J\`
} ( cs
!8G)`'
这样再更改MediaPlayer类的代码: aGbG@c8PRi
public class MediaPlayer uRb48Qy2
{ /WnCAdDgZ
public void Play(IMedia media) {xZY4b2
{ Ph=NH8
media.Play(); ps<Ef
} tc'iKJ5)
} uY5|Nmiu
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ({E,}x
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 @[;'b$T$
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。 8Yq06o38C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MZt#T+b
{ .)
Ej#mk
IMedia media = null; ZO%^r%~s
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) TQ(q[:>
{ D)-LZbPa
case ("mp3"): ;U'\"N9
media = new MP3(); 4;YP\{u
break; =p;cJ%#2]'
//其它类型略; O<$w-(
case ("rm"): NZ1B#PG,c
media = new RM(); 4FaO+Eo,8
break; T~xVHk1
//其它类型略; 3
`_/h' ~
} \Eh5g/,[
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); LLgw1 @-D
player.Play(media); S>dHBR#AD
} @}q, ';H7
]H/,Q6Q
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 /l7 %x.
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 N*A*\B%{x'
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 I2/am8!u%
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 b:S$oE
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: 3P0z$jh"H
public interface IMediaFactory *)Pm
{ @K]`!=vUk
IMedia CreateMedia(); ,WE2.MWR
} h{)m}"n<R
VrW]|jIu*
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: z-
q.8~Z
public class MP3Factory:IMediaFactory 3V]dl)en%
{ {qw'gJmX
public IMedia CreateMedia() --]blP7
{ ;}Jv4Z
return new MP3(); aA?Qr&]M
} 3N > V
sl
} sO) H#G
//其它工厂略; ,It0brF
Kii@Z5R_?
public class RMFactory:IMediaFactory QI[WXxp
{ vEx'~_+a9
public IMedia CreateMedia() ?Q_ @@)
{ wbWC &X.
return new RM(); q!W,2xqZoq
} <Ch9"1f3,
} 1V`-D8-?
//其它工厂略; NzZ(Nz5
ddL3wQ
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 .+>fD0fW7Y
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Z+V%~C1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) F+Kju2
{ JX'}+.\
IMediaFactory factory = null; 3z0Bg
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) y3j$?oM
{ Pac ^=|h<q
//音频媒体 1!1,{\9%
case ("mp3"): "L5w]6C4
factory = new MP3Factory(); y={ k7
break; {#+K+!SvDX
//视频媒体 :[l}Bb,
case ("rm"): #TUm&2 +V
factory = new RMFactory(); \@PMj"p|:
break; Yjo$vQi
//其他类型略; pej-W/R&
} dZ"}wKbO
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); '[6]W)f
player.Play(factory.CreateMedia()); e3n^$'/\r
} [e,xC!2
#HL$`&m
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ;PVE= z+y
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: {31X
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o?O ZsA
{ qh bagw~
IMediaFactory factory = null; R:P),
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) w*'DlP<7
{ `Zp*?
case ("mp3"): ^Zs^
factory = new MP3Factory(); >l}v
_k*~B
break; j*2/[Eq
//其他类型略; >WO;q
case ("rm"): vy
[7I8f{
factory = new RMFactory(); n{|j#j
break; D7R;IA-w
//其他类型略; GQ
Flt_
} *#p}FB2H#
IMedia media = factory.CreateMedia(); (xfy?N
media.Play(); ZLaht(`+
} lx$Z/f
"pX|?ap
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。 hRKJKQ@7
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。 J}Z\I 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。 cl23y}J_?
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: Hv"qRuQ?[
PtPx(R3
<appSettings> 4EeVO5
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 5:+x7Ed
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> <_8eOL<X
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Gf7r!Ur;g
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ?/3{gOgI$`
</appSettings> |p/[sD+M
|I]G=.*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: ,o2x,I
private void InitMediaType() 4D.h~X4
{ )fuAdG
cbbMediaType.Items.Clear(); ^~B#r#
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) &mJm'Ks
{ <@>icDFEHn
cbbMediaType.Item.Add(key); z/o&r`no
} 2zsDb'r
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; GOCe&?
} o|KmKC n>
;Uypv|xX
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 8N<2RT8W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @ uL4'@Ej
{ pmUC4=&e
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); *[3tGiU J
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Np
opg1Gv>
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; x;&iLQZh
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %B>>J%
factoryDllName).Unwrap(); jTsQsHq
IMedia media = factory.CreateMedia(); Zh:@AFz:R
media.Play(); hs)_h^P
} -!j5j:RR
p?s[I)e
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。 )P W Zc?M
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: Y0Rk:Njc
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 =,U~
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!