面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) t
At+5H
STe;Sr&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。 -|mABHjx*
一、传统过程化设计思想 P;Ox|
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: 'mF}+v^
public class MediaPlayer T[~X~dqwn"
{ Jp- hFD
private void PlayMp3() lxZXz JkqZ
{ UWI5/R
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N*fN&0r
} 8J} J;Ga
U|=y&a2Rb
private void PlayWav() # V+e
{
n" sGI
MessageBox.Show("Play the wav file."); <$E8T>U
} @y +Wl*:
o&=m]hKpQl
public void Play(string audioType) 5s;#C/ZZ
{
l}JVRU{
switch (audioType.ToLower()) c}A^0,"z>
{ i>;G4
case ("mp3"): @ o]F~x
PlayMp3(); <javZJ
break; HO"(eDW6z
case ("wav"): ~jgd92`{z
PlayWav(); nN[,$`JD,
break; C4y<+G.`
} q_!3<.sf
} tZJKB1#WbP
}
&f[[@EF7
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。 1z)+P1nH]
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。 b+kb7
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! }+z}vb
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。 OnG?@sW+4!
二、面向对象设计思想 _Q QO&0Z
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! il:""x7^y
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: IySlu^a
public class MP3 1*XqwBV
{ -Jb
I7Le
public void Play() bcQ$S;U)
{ 7JbN WN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); p0Vw@R=
} \!_ >ul
} h-<+Pj c
1_A< nt?'R
public class WAV {9(N?\S1`a
{ "F=O
public void Play() L;Nm"[`
{ 8ED6C"6
MessageBox.Show("Play the wav file."); &Oe,$%{hBh
} 4]Krx
m`8
} #fQStO
=h4XsV)rO
Public class MediaPlayer dD=dPi#
{ S^ 3I" B
switch (audioType.ToLower()) By"
=]|Q
{ ^X^4R1V)
case ("mp3"): 5K,Y6I&$SJ
MP3 m = new MP3(); 'En 6h" {
m.Play(); $cc]pJy"}
break; hS<+=3
<M
case ("wav"): `U)~fu/\2M
WAV w = new WAV(); jfk`%CEk=
w.Play(); G"wy?
break; [8<)^k
} A%pcPzG;
} 60Y&)UR
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 QDs]{F#
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) |[8&5[);
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 oGa8}Vtc
public class AudioMedia Ig~lD>dnr'
{ Mc9% s$MT
public void Play() t=5K#SX}
{ fs\l*nBig
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 2}K7(y!?u
} Fe}Dnv)}Z
} 2ACN5lyUS
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)。 6Z0@4_Y@B6
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: :A>cf}
public abstract class AudioMedia Ov h[qm?Z
{ .hXxh)F
public abstract void Play(); Ab/gY$l
} CM_FF:<tn
m!V ?xGKJ
public class MP3:AudioMedia ng"R[/)In
{
\}Z5}~S
public override void Play() `;L>[\Xi
{ 7']n_-fu
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^fa+3`>
} ,E<(K8
} h,"K+$
"k[-eFz/@M
public class WAV:AudioMedia akoK4!z
{ -A^18r
public override void Play() q#$Al
{ %We~k'2f
MessageBox.Show("Play the wav file."); :XqqhG
} /_rEI,[k
} h\k@7wgu
jvv3;lWDL.
public class MediaPlayer xEb+sE6Z
{ K-vG5t0$\/
//根据需要完成任务的单向分派 >)\x\e
public void Play(AudioMedia media) MEf`&<t
{ 78T9"CS
media.Play(); p=sLKnLmZ
} hH_&42E6
} fyaiRn9/
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)。 %&w 8E[
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。 dY[ XNP
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: 3c#oK
public abstract class VideoMedia uyZ
{ |,#DB
public abstract void Play(); $=3&qg"!
} Vz_ac
vfk^
B /q/6Pp
public class RM:VideoMedia wiHGTaR
{ =A[:]),v
public override void Play() q=Xd a0c
{ ?'SHt9b3|
MessageBox.Show("Play the rm file."); b/;!yOF
} nwSujD
} c$fi3O
d+DdDr
public class MPEG:VideoMedia l}w9c`f
{ }Rl^7h<!
public override void Play() *XN|ZGl/
{ ygI81\D
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); w(/#isC
} ^<u9I5?
} $U. >]i
,yPs4',d
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 fyHFfPEE
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: NWL\"xp
`t
%PF:OB6[|
public interface IMedia Jr2x`^aNO
{ V%|CCrR
void Play(); HgVPyo
} AlPk o($E*
pk>p|q
public abstract class AudioMedia:IMedia 6>L)
{ /i!3Fr"
public abstract void Play(); ko7*9`
} '>"riEk
cpY'::5.%
public abstract class VideoMedia:IMedia 8VWkUsOoI
{ xJcM1>cT>
public abstract void Play(); N"',
} fS@V`"O6
85{2TXQ^%=
这样再更改MediaPlayer类的代码: H0dHW;U<1
public class MediaPlayer |$>ZGs#
{ 76'@}wNnw
public void Play(IMedia media) h=a-~= 8
{ J`I^F:y*
media.Play(); <]w(1{q(
} }Cs.Hm0P
} 1K&_t
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ( M$2CL
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 t%k1=Ow5i
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 {.HFB:<!}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) NP+*L|-;
{ B8G9V6KS-
IMedia media = null; j]6c_r3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) G=VbEL^H
{ kO)+%'L!8
case ("mp3"): |Q|vCWel{
media = new MP3(); vG2&qjY1
break; {J[5 {]Je[
//其它类型略; G+k~k/D 6
case ("rm"): S&q(PI_"
media = new RM(); L_~vPp
break; {hRM=f7
//其它类型略;
'F .tOD
} )@hG #KMK
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); o$XJSz|6
player.Play(media); RZL:k;}5
} GEd JB=
Qzh`x-S
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 wOg?.6<Kxa
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。 WGC'k
s ^
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。 sQ05wAv
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。 &E +2
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: j7u\.xu9
public interface IMediaFactory M
s5L7S
{ RX6s[uQ
IMedia CreateMedia(); {CH *?|t
} L2P#5B!S
YI!@,t
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: <>I4wqqb
public class MP3Factory:IMediaFactory Fmo^ ?~b
{ iLR^ V!
public IMedia CreateMedia() cE SSSH!m
{ xTV3U9 v
return new MP3(); v[t*CpGd
} >?yxig:_
} @Z{!T)#}j
//其它工厂略; ?jy6%Y#,i
+w(>UBy-
public class RMFactory:IMediaFactory =(%+S<}
{ <
X&{6xu
public IMedia CreateMedia() ^+b ??K
{ $EUlh^
return new RM(); SIr^\iiOB
} klON6<w
} *!p#1fE
//其它工厂略; ZL{\M|@jz
E>2~cC*
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 .*acw
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ^9wQl!e
ob
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #G`UR
{ W:V:Ej7 h
IMediaFactory factory = null; +D&aE$<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i{.%4tA4
{ fH6mv0
//音频媒体 1w|C+m/(
case ("mp3"): {T2=bK~
factory = new MP3Factory(); c u:1|gt
break; -w#*~Q{'*
//视频媒体 XzV:q!e-
case ("rm"): p.50BcDg
factory = new RMFactory(); +`D,7"{Eu
break; Okt0b|=`1*
//其他类型略; [ _Nw5_
} x.ZW%P1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,y%4QvG7a
player.Play(factory.CreateMedia()); hCvK2Xu
} Aq~}<qkIF+
"z/)> ?Wn
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。 5S&'O4yz^
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: m?4L>'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )!tqock*v
{ 'Bc{N^
IMediaFactory factory = null; gZ b+m
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n +R3
{ _RI!Z
case ("mp3"): a"6AZT"8
factory = new MP3Factory(); YrRD3P.P
break; BZr$x8%ki
//其他类型略; %
bpVK~z
case ("rm"): V% PeZ.Xv
factory = new RMFactory(); X_tc\}I]
break; VP\'p1a
//其他类型略; "?r=n@Kv
} 9f/RD?(1O
IMedia media = factory.CreateMedia(); '1u!@=.\G
media.Play(); rQ+2 -|#
} -hjGPu
S="teH[
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。 WhY8#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。 gs?=yNL
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。 6%nKrK
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: %%-hax.x0X
1_Ag:>#X
<appSettings> :p6.v>s8
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> IC[iCrB
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]`S35b
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ?oKY"C8/
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> h%0hryGB
</appSettings> b7nER]R
sh|@X\EZO
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: @jvF[wi;
private void InitMediaType() 6gSo>F4=
{ XNm%O
cbbMediaType.Items.Clear(); XX@@tzN
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 6n}5>GSF
{ M:* ^k
cbbMediaType.Item.Add(key); Q8^fgI |
} ,m^@S
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Xgs 31#K
} 8T2iqqG/1
:^Ouv1!e1
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: |i-d#x8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %%=PpKYtSD
{ /6$8djw
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 9sR?aW^$,/
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); l-GQ AI8
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Mr8r(LGY
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 8D[,z 7n
factoryDllName).Unwrap(); :gvw5h%
IMedia media = factory.CreateMedia(); mF|7:zSo
media.Play(); y&$mN
} !oDX+hd,%>
LZ"yMnhOf
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。 H+VKWGmfG
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: Wg3\hv29
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :())%Xu3
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!