面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) e9@(/+
hTS|_5b
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。 T&}Ye\%
一、传统过程化设计思想 MQ w9X
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: Lo3-X
public class MediaPlayer c8Pb
{ X\A]"su
private void PlayMp3() >q|Q-I~gs
{ 'C]jwxy
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h%b hrkD
} 3"i% {
(&Q)EBdm
private void PlayWav() kyAs'R@z
{ "Pdvmur
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?[SVqj2-
} R7K
*,jqE9:O
public void Play(string audioType) #eEvF
{ ' o=E!?
switch (audioType.ToLower()) m!!;/e?yx
{ &q>h*w4O
case ("mp3"): Qx.jCy@
PlayMp3(); g\J)= ,ju,
break; z\$;'
case ("wav"): 'wE\{1~_[+
PlayWav(); m+$/DD^-zl
break; \(9p&"Q-
} 6aSM*S)
} =tq7z =k
} fv|%Ocm
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。 R#fy60
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。 p2a?9R
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! &Q+]t"OA!
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。 @ V5S4E
二、面向对象设计思想 Nh :JU?h
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! >0M:&NMda
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: wy\o*P9mG)
public class MP3 okh0_4
{ ,*w>z
public void Play() ;>/ipnx
{ '}fel5YV
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); o@@_J@}#
} af^@
.$
|
} 7(5]Ry:
ZU^Q1}</5
public class WAV &0i71!Oy
{ @|]iSD&T
#
public void Play() A'b<?)Y7_
{ -YAO3
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ol_/uy1r[
} KwQXA'
} P69>gBZYD
}o{!}g9
Public class MediaPlayer v(k*A:
{ L&rO6
switch (audioType.ToLower()) xz="|HD);
{ I(y`)$}
case ("mp3"): &F9OZMK=
MP3 m = new MP3(); Jn60i6/
m.Play(); XZ;*>(
break; ^Y#@$c
case ("wav"): i{4'cdr?
WAV w = new WAV(); #<D@3ScC
w.Play(); y K=S!7p\
break; MQjG<O\
} L>i<dD{
} =nw,*q +
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。 PlF89-
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
%L{
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。 \;'_|bu3.
public class AudioMedia t.gq5Y.[
{ CuF%[9[cT
public void Play() p`pg5R
{ |2[S/8g!
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); VM=hQYe
} i#Ne'q;T
} =I
%g;YK
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)。 dw'<" +zO
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: 4o)(d=q
public abstract class AudioMedia #_JA5W+E
{ ^mS.HT=X
public abstract void Play(); qr7 X-[&
} .G7]&5s
N`y}Gs
public class MP3:AudioMedia <W=~UUsn
{ {d&X/tT
public override void Play()
:<'i-Ur8
{ -G(3Y2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); s
ZlJ/_g
} d08`42Z69
} PU,6h}
3ybK6!g`[
public class WAV:AudioMedia ~.\73_M=A
{ 0BbiQXU
public override void Play() M63s(f
{ .E?bH V
MessageBox.Show("Play the wav file."); [
t>}SE
} e;&{50VY
} =F",D=
~`nm<
public class MediaPlayer mq|A8>g
{ s0~05{
//根据需要完成任务的单向分派 B,BOzpb(
public void Play(AudioMedia media) %J/fg<W1
{ k;"R y8[k
media.Play(); XwHu:v'=
} .(P@Bl]XJ
} !q7;{/QM6
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)。 J_y<0zF**
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。 J]kP`
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: \Y>#^b?
public abstract class VideoMedia ShEaL&'J
{ I>YtWY|ed
public abstract void Play(); !4qps$p{
} =,/A\F
O]$*EiO\
public class RM:VideoMedia hB2s$QS
{ Q5`+eQ?_\
public override void Play() :uU]rBMo
{ o1p$9PL\:
MessageBox.Show("Play the rm file."); BM=V,BZy
} "2vNkO##
} X1
0"G~0
I9Edw]
public class MPEG:VideoMedia [+:mt</HN
{ _Gs
public override void Play() cW~6@&zp
{ n}ZBU5_
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Hd=D#u=A4{
} ^t^<KL;
} )LMBxyS
DS[l,x
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。
yv8dfl
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: lo>-}xd
w7`@=kVx
public interface IMedia a?U%l 9F
{
ycAi(K
void Play(); %xbz&'W,
} "ojD f3@{
S8W_$=4
public abstract class AudioMedia:IMedia @$b+~X)7
{ A
Eyr_!G,
public abstract void Play(); ,G!_ SZ
} *~t$k56
;2xXX,'R7
public abstract class VideoMedia:IMedia w'!}(Z5X?
{ t+4%,n f_1
public abstract void Play(); Y(G*Yi?;
} WKYA9BaR
x1hs19s
这样再更改MediaPlayer类的代码: 5@%=LPV
public class MediaPlayer ^v'g ~+@o
{ |"tV["a
public void Play(IMedia media) D!D%.
{ B"E (Y M
media.Play(); h?pGw1Q
} dPdHY`
} <x%my4M
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 6Nd_YX
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。 k}Clq;G
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。 ;KjMZ(Iil1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -"JE-n
{ n4d(`
IMedia media = null; [F>n!`8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) YWBP'Mo
{ 0 *Yivx6
case ("mp3"): PRf\6
media = new MP3(); ~pBxFA
break; dU04/]modD
//其它类型略; $lG--s
case ("rm"): !E>3N:
media = new RM(); D<L{Z[
break; :-'ri Ry
//其它类型略; CYic_rF$
} WZO
0u
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #(Yb
lY
player.Play(media); fO}1(%}d
} +WEO]q?K
6V_5BpXt
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 M+&eh*:z:
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。 Z_ *ZUN?B
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。 N|#x9mE
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(vz$QE,$r
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: H-y-7PW*~
public interface IMediaFactory ?B31t9
{ nv|y@!(
IMedia CreateMedia(); 'A@Oia1;{
} Fe>#}-`
@P*P8v8:
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: _xwfz]lb+
public class MP3Factory:IMediaFactory C&K(({5O
{ gRd1(S
public IMedia CreateMedia() Z"8cGN'
{ -`<N,
return new MP3(); VQJ5$4a&
} bX1! fa
}
rlh6\Fa
//其它工厂略; +( 7vmC.
w9?wy#YI
public class RMFactory:IMediaFactory T//+&Sk[
{ Y7I
public IMedia CreateMedia() H;}ue
{ )W7H{#
return new RM(); Xpz-@fqKdf
} VTkT4C@I;Y
} NNV.x7
//其它工厂略; y,eoTmaI
*wl_8Sis}
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 <^$b1<@
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: )n61IqrW
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :EAfD(D{)
{ X7!A(q+h
IMediaFactory factory = null; i;
uM!d}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +K4v"7C
V
{ 5w%9b
//音频媒体 m/c~2?-;
case ("mp3"): _E-GHj>k
z
factory = new MP3Factory(); C/#/F#C
break; ::t!W7W
//视频媒体 *\5H\s9<
case ("rm"): PltPIu)F
factory = new RMFactory(); C'"6@-~
break; J8[Xl.
//其他类型略; Z.19v>-c
} 4ov~y1Da)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rJ*WxOoS{
player.Play(factory.CreateMedia()); 7[,f;zG
} zXO.NSC[
0;`PHNBq
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。 LD"}$vfs
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: +w/o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Zz ?y&T
{ x@x@0k`A2
IMediaFactory factory = null; :\cJvm
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lKSI5d
{ VdrF=V&] O
case ("mp3"): $t?e=#G
factory = new MP3Factory(); "@Fxfd+Ot
break; ?^0Z(<Arz
//其他类型略; 27gm_*
case ("rm"): >.A:6
factory = new RMFactory(); u-<s@^YG
break; #.aLx$"a
//其他类型略; 3Pq)RD|hn
} r JxT)bR
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9t gkAU`
media.Play(); !r,drb
} w|e i*L
[!$>:_Vq/
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 c}cboe2
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 /267Q;d
C)
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 EORAx
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: l\GNd6)H
>TJ$Z3
<appSettings> O*7~t17
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> S^.=j
oI
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> sa?;D
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> <WmCH+>?r
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> K!mgh7Dx
</appSettings> C?J%^?v
Li^V?
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: CSs6Vm!=
private void InitMediaType() >aK&T"
{ <k1gc,*
cbbMediaType.Items.Clear(); AJ}Q,E
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) pQi -
{ H9?~#GPb
cbbMediaType.Item.Add(key); 5{[0Clb)
} gS 3&,^
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 3@JwL{C
} $+j)
|d8o<Q
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: }"v"^5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j3U8@tuG
{ Zuf&maa S
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ho. a93
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 1+Oo Qs
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 'u~use"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, LvaF4Y2v
factoryDllName).Unwrap(); l0f6L xfz
IMedia media = factory.CreateMedia(); XR(kR{yo
media.Play(); C;|Ru*
} z#b6 aP
;pJ7k23(
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。 KAGq\7
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: lK0coj1+
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 *(J<~:V?
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!