面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) [{K
Ym]Dlz,o
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。 PO$
OXw
一、传统过程化设计思想 )&jE<C0
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: { \r1A
public class MediaPlayer 0=WZ 8|R
{ =1:dKo8
private void PlayMp3() I;=HXL
{ .aA8'/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4>JDo,AWy
} vt(A?$j|A
1\hh,s
private void PlayWav() P&6hk6#
{ Rt%3\?rf
MessageBox.Show("Play the wav file."); E0SP
} wZAY0@pA
I: j!A
public void Play(string audioType) NWNPq"
{ G!%Cc0d"7
switch (audioType.ToLower()) 1cA4-,YO>
{ nVSuvq|S
case ("mp3"): xJ0Q8A
PlayMp3(); bD: yu
break; 1@i 8ASL
case ("wav"): U\<8}+x
PlayWav(); &EZq%Sd
break; s#nd:$p3
} +"~~;J$
} }3}{} w0Y
} \!]Zq#*kH
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。 4R;6u[a]u
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。 ``Yw-|&:Ae
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! ]>:LHW
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。 Za5bx,^
二、面向对象设计思想 ~_;x o?@ba
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! c@uNA0
p
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: S8 zc1!
public class MP3 \W;+@w|c
{ bOY<C%;C
public void Play() P
S$6`6G
{ p!XB\%sv'"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >3{l"SPU
} NHL -ll-R
} 96 ozt UK
@D'NoA@1A
public class WAV =}8:zO
2'{
{ ;X9nYH
public void Play() f{[ ]m(X;
{ ,j'>}'wG)
MessageBox.Show("Play the wav file.");
N1pw*<&
} 88]UA
} m4 :|
0\Q/$#3
Public class MediaPlayer cTq}H_hC
{ Zy<gA >
switch (audioType.ToLower()) xUKn
{ nc0!ag
case ("mp3"): A3;}C+K
MP3 m = new MP3(); jTDaW8@L
m.Play(); Y NRorE
break; LKEf#mp
case ("wav"): m\XgvpvrP
WAV w = new WAV(); Vk#wJ-
w.Play(); F$!K/Mm[
break; 2G(RQ\Ro*
} +VN&kCx)
} O%Mi`\W@
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 (|*CVI;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 7I_1Lnnf
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 BS6UXAf{|Z
public class AudioMedia IpRdGT02
{ ]P5|V4FXo
public void Play() ]csfK${
{ *yDsK+[_
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); H J8rb
} SDW_Y^Tb
} E|Q|Nx!6[
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)。 *[QFIDn:
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: ;1wRo`RD
public abstract class AudioMedia nO{m2&r+
{ wcd1.$ n
public abstract void Play(); tlz+!>
} G<8d=}
p ow.@
public class MP3:AudioMedia 5*n3*rbU:
{ o\M
public override void Play() K).Gj2 $
{ 2brxV'tk
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =:5o"g
} Q`ALyp,9b
} p1O[QQ|
7a<-}>sU
public class WAV:AudioMedia HqZ3]
{ ?FRuuAS
public override void Play() ^e1Ux
{ w<0F-0:8
MessageBox.Show("Play the wav file."); :B(vk3;U!
} \'BA}v
&/
} ;:%*h2
zFq8xw
public class MediaPlayer Hl3%+f
{ B9&$sTAB
//根据需要完成任务的单向分派 q0>@!1Wb
public void Play(AudioMedia media) P>i!f!o*I
{ %#zqZ|q
media.Play(); UP})j.z
} m"r=p
} "6<L)
8
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 4$wn8!x2|
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。 3O'6 Ae
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: )Gu:eYp+`
public abstract class VideoMedia |P>Yf0
{ /jtU<uX
public abstract void Play(); *?-,=%,z/
} k'(eQ5R3L
FVgE^_
public class RM:VideoMedia ZliJc7lss
{ `L=d72:
public override void Play() CBVL/pxy
{ $r'PYGn
MessageBox.Show("Play the rm file."); Q ,`:RF3
} Y]33:c_;Mo
} ^qro0]"LD
L2j7w006
public class MPEG:VideoMedia >p[skN
{ lO>9Q]S<
public override void Play() s9p~
{ BKfkB[*F
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); w|AHE
} ]'[(MH"
} RXbhuI
Hy9c<X[F9
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 4^jIV!V
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: gpe/ dfyJ9
L2jjkyX]
public interface IMedia )yj:P
{ fGz++;b<S
void Play(); :9O"?FE
} `/4R$E{
DA(ur'D
public abstract class AudioMedia:IMedia / p PSo
{ TJhzyJ"t
public abstract void Play(); X;vfbF
} ~:ldGfb|
xeGl}q|
public abstract class VideoMedia:IMedia (z:DTe
{ YWXY4*G
public abstract void Play(); AB1.l
hR
} Wj}PtQ%lp/
\uUd *
这样再更改MediaPlayer类的代码: Q~y) V
public class MediaPlayer dHUcu@,
{ CU7WK}2h2C
public void Play(IMedia media) uYu/0fQD
{ %!vgAH4
media.Play(); Cr a@
} Ne=o+ $.(
} .GM}3(1fX`
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _x&fK$Y)B
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。 :1Y *&s
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。 nz}}m^-j
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xyvG+K&
{ 4uV,$/
IMedia media = null; E;>BcPt5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O9_S"\8]@
{ 7F;dLd'
case ("mp3"): ui[E,W~
media = new MP3(); ' thEZ
break; p[&6hXTd
//其它类型略; ~dm/U7B:
case ("rm"): TA"4yri=7x
media = new RM(); kR1dk4I4
break; XoZw8cY
//其它类型略; ,o{|W9
} 1yg5d9
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #zL0P>P'a
player.Play(media); N;6@f*3_i
} |
WN9&
*}n)KK7aT
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nbhzLUK
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 n1mqe*Mvs/
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ?;c&5'7ct
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 jb5nL`(j$
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: KXtc4wra
public interface IMediaFactory `PH*tdYrh
{ iax6o+OG|
IMedia CreateMedia(); F\H^=P
} Jm5&6=
{ yvKUTq`
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: #dKHU@+U"
public class MP3Factory:IMediaFactory yOQEF\
{ \dG#hH4ZD
public IMedia CreateMedia() M.loG4r!
{ |*5QFp
return new MP3(); vvDaL$
} +I9+L6>UR
} i,h)
//其它工厂略; 2^TJ_xG~
M10u?
public class RMFactory:IMediaFactory 0nDlqy6b1b
{ JOA_2qa>\
public IMedia CreateMedia() {;kH&Pp
{ :AzP3~BI
return new RM(); -$8M#n,
} +~H mPQ
} {Y p;R
//其它工厂略; .AzGPcJY
5V($|3PI
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。 /P8`)?f~y
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: DOzJ-uww1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q7VpKfA:M
{
Du*O|
IMediaFactory factory = null; &M6cCT]&M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) y9>?
{ R\+O.vX
//音频媒体 2S{IZ]
case ("mp3"): sXmZ0Dv
factory = new MP3Factory(); ju@5D
h
break; j$f `:A
//视频媒体 @uWPo2
case ("rm"): JuD$CHg;#
factory = new RMFactory(); [)ybPIv]
break; &7gE=E(M
//其他类型略; - A\J:2a|
} u\]aUP
e
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )t/[z3rn
player.Play(factory.CreateMedia()); BUozpqN}
} YnCWmlC
7T)J{:+0!|
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。 pKM5<1J
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,CZ*/^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CLU[')H0
{ luEP5l2&
IMediaFactory factory = null; jgb>:]:
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ZV=)`E`I|
{ QCI-YJ&o
case ("mp3"): @$ea-fK??
factory = new MP3Factory(); ~
3HI;
break; 6-'Y*
//其他类型略; XP$ 1CWI
case ("rm"): B_B~Y8=3`
factory = new RMFactory(); W9$mgs=S`E
break; ;zbF~5e
//其他类型略; 9bDxml1
} 'yWv @)
IMedia media = factory.CreateMedia(); N8Mq0Ck{$
media.Play(); +QqEUf<U*,
} ]('isq,P
$jDp ^ -
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。 ?2g\y@
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。 !7:~"kk
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。 n-cz xq%n
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: Xu1tN9:oE
h.\9a3B:r
<appSettings> x{B%TM-Ey
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ">? y\#OA
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> -9 AI@^q
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> T]5JsrT
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ye9-%~sjX
</appSettings> $X %w9le
41595x:
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: Jk.Ec)w
private void InitMediaType() quB.A7~^=
{ 8^H <dR
cbbMediaType.Items.Clear(); ;tR,w
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) D [#1~M
{ qYMTud[Vf
cbbMediaType.Item.Add(key); (>
v1)*r
} 8: KlU(J
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
]0HlPP:2
} 0%
[-@Lbu-|
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: r[:)-`]b
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $=j}JX}z
{ A@@Z?t.
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Hm?zMyO.k
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); j
HOE%
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; S*o%#ZJN
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, v:YW[THre
factoryDllName).Unwrap(); ]hBp
elKJ
IMedia media = factory.CreateMedia(); nnU
&R
media.Play(); B=:7N;BT
} ZQHANr=
6
]JeA29
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。 lW,rzJ1
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: B_k[N}|zD
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 !9l
c6W
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!