面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) +^<s'
5r1u_8)'
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。 Zxw
cqN
一、传统过程化设计思想 | LXVf
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: nl-y0xD9c
public class MediaPlayer Nov)'2g7G
{ 1 2VSzIm
private void PlayMp3() XfQK
kol
{ ID]E3K
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); gy`WBg(7x
} ["_+~*
<nk9IAH
private void PlayWav() cC*H.N
{ 60R]Q
MessageBox.Show("Play the wav file."); Bwc_N.w?3
} $KVCEe!X
gX|We}H
public void Play(string audioType) 9vckQCLM
{ ]7{
e~U
switch (audioType.ToLower()) $DlO<
{ /,,IM/(6^
case ("mp3"): iv
~<me0F
PlayMp3(); 6)veuA3]
break; @R_ON"h
case ("wav"): &Nw[J5-"k
PlayWav(); E*x ct-m#
break; w|1O-k`
} :6qt[(<"
} ^GS\(egt
} @\WeI"^F8
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。 IuY4R0Go
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。 h0?w V5H
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! h])oo:u'/Q
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。 d2?#&d'aq
二、面向对象设计思想 l<;~sag
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! w$Z%RF'p
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: P]O=K
public class MP3 "&/lF[q
{ :Y|[?;
public void Play() iwy;9x
{ )O2IEwPd.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;Z9(ll:<$
} U4[GA4DZ
} DKF`
xuJP
w*]FJ-b<.j
public class WAV Tol"D2cyf
{ PQ{5*}$N
public void Play() N@Q_5t0bk
{ p=m:^9/
MessageBox.Show("Play the wav file."); uu.}<VM.1
} |\>Ifv%{
} DYoGtks(
g;Zy3
Public class MediaPlayer tAPf#7{|
{ yp[,WZt
switch (audioType.ToLower()) w"37sv
{ '
&3,qT
case ("mp3"): 4bcd=a;
MP3 m = new MP3(); !L@<?0xLW
m.Play(); ^X?uAX-RP|
break; *
F_KOf9p
case ("wav"): Ss0I{0
WAV w = new WAV(); yzMGZi`ut
w.Play(); ~9"c64 q
break; |+KwyHE`9
} ;!C_}P
} "%b Gwv
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 1rS8+!9C
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) (AX$Svw
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。 *U}ztH-+/
public class AudioMedia e0#t
{ 4U16'd
public void Play() ~4|Tr z2T
{ V/:2xT
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); X7[gfKGL)N
} 1*|/N}g)
} ,p#r; O<O
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)。 ~L>86/hP,N
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%Ik
public abstract class AudioMedia dWY{x47
{ Ni%@bU $
public abstract void Play(); }dHdy{$
} ;4(}e{
"vT$?IoEV
public class MP3:AudioMedia ~A1!!rJX
{ z{FFTb^B
public override void Play() z[ 'G"yCi
{ oH!O{pQK}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |2%|=
} 5@-H8*
} x$bUd 9
! nvg:$.&
public class WAV:AudioMedia rmo\UCD
{ "wuO[c&%/
public override void Play() {~uTi>U
{ l GBg8/[
MessageBox.Show("Play the wav file."); G~v:@
} 77y+ik
} E1tCY.N{
IVkB)9IW
public class MediaPlayer la)^`STh
{ EFljUT?&
//根据需要完成任务的单向分派 6
Bdxdx*zt
public void Play(AudioMedia media) <nN.$4~X
{ qT !lq
media.Play(); |Tc4a4 jS
} )5LT!14
} lux
g1>
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 xOAq!,|V
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 '?mF,Co{
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: M?UUT8,
public abstract class VideoMedia N0Y4m_dm*
{ TH'8^w f
public abstract void Play(); X-_VuM_p
} Z\EA!Cs3
r A(A$VR
public class RM:VideoMedia \U]K!K=
{ }O>1tauI
public override void Play() [}j a\!P
{ Y`(Ri-U4
MessageBox.Show("Play the rm file."); %" 7UYLX
} p\&/m
} {yWL|:#K
N+B!AK0.
public class MPEG:VideoMedia 2Kz$y
JTp
{ |xcC'1WU
public override void Play() ?o?$HK
{ c/A?-9
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 7~XA92
} e4SS'0|
} 1h?ve,$
CYgokS\=,
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。 8| =C/k
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: GI/NouaNfm
r8:"\%"f>
public interface IMedia 0VtjVz*C7&
{ 7<!x:G?C
void Play(); qi7C.w;
} GZu12\0nZ
7$Z_'GJ]1C
public abstract class AudioMedia:IMedia XV]xym~
{ g/!MEOVx
public abstract void Play(); B
os`+Y
} bRy(`
7uL.=th'
public abstract class VideoMedia:IMedia ;Y;r%DJ
{ V&:x+swt
public abstract void Play(); ZH;4e<gg
} q9rm9#}[J#
fEXFnQ#
这样再更改MediaPlayer类的代码: S,6/X.QBv
public class MediaPlayer (KyOo,a
{ 2e%\aP`D2
public void Play(IMedia media) E-.X%xfO
{ \^"Vqx
media.Play(); <hCO-r#
} L7buY(F(
} ?#
FYF\P
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ~k"b"+2
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 M9R'ONYAa
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 y*+8Z&i.:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~9FL]qo
{ Dh2Cj-|
~
IMedia media = null; 4vWiOcJF!O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IxCesh
{ nL=+`aq_
case ("mp3"): 8bdO-LJ9
media = new MP3(); hxMRmH[f:
break; ;UTM9.o[
//其它类型略; B;(U?gC
case ("rm"): 9&f+I@K
media = new RM(); gjG SI'M0B
break; aq_K,li#w
//其它类型略; {f-O~P<Z4
} e`g+Jf`AT
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); *Igb3xK%
player.Play(media); _LwF:19Il
} <A Hzs
2kVZlt'y
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 9zqo!&
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 r'{N_|:vv
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 bI:W4y>I=
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 PF/K&&9}
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: ]?1_.Wjtt
public interface IMediaFactory 85G-`T
{ C\5G43`
IMedia CreateMedia(); hQj@D\}
} E&kv4,
&^#iS<s1
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: Pp!4Ak4TT9
public class MP3Factory:IMediaFactory YdO*5Gb6
{ E& 6I`8
public IMedia CreateMedia() 2T+-[}*
{ 9.\SeJ8c
return new MP3(); Ny7*MZ-
} 3A`]Rk
} /J-'[Mc'D[
//其它工厂略; E} XmZxHV
``jNj1t{}
public class RMFactory:IMediaFactory %f&Y=
{ R&Nl!QTJj
public IMedia CreateMedia() M;<!C%K>
{ r9{@e^Em
return new RM(); q&z'S
} .kFO@:
} j36YIz$a
//其它工厂略; FulFEnSV
hJ ^+asr
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。 c|.te]!ds
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: 'u v=D
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?&wrz
{ YRVh[Bqg`
IMediaFactory factory = null; (4 ZeyG@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &Iy5@8
{ w~v6=^
//音频媒体 0yC~"u[N Y
case ("mp3"): VB*c1i
factory = new MP3Factory(); #d$zW4ur2
break; &v .S_Ym
//视频媒体 Ty&1R?
case ("rm"): WRu(F54Sk
factory = new RMFactory(); D^O[_/i&
break; r]cq|Nv8:
//其他类型略; +
GQ{{B
} SeXgBbGAne
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); G3TS?u8Q
player.Play(factory.CreateMedia()); t'eu>a1D
} cJ$jU{}
:'Gn?dv|
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。 (.!9
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: [ ?7QmZK
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) of*T,MUI
{ A)9]^@,
IMediaFactory factory = null; c\o_U9=n
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) DlCN
{ Hb*Z_s
case ("mp3"): heIys.p
factory = new MP3Factory(); ]>)shH=Yx
break; @uyQH c,V
//其他类型略; jGo%Aase
case ("rm"): M**Sus87Q
factory = new RMFactory(); tZ62T{, a
break; Wtu-g**KN
//其他类型略; %%X/gvaJ
} i5le0lM
IMedia media = factory.CreateMedia(); -S]ercar
media.Play(); Pq+|*Y<|&
} [/hoNCH!
hJ8&OCR }
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。 QmSj6pB>
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。 'Y2$9qy-L
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 UUWRC1EtI
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: 46T(1_Xt~
b~fl,(sZp
<appSettings> ^NU_Tp:2^
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> dl=)\mSFjF
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> xS@jV6E~
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 3"Oipt+
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> >)Qq^?U
</appSettings> yj_/:eX
SPb`Q"
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: FYik}wH]
private void InitMediaType() qdk!.A{
{ *.w6 =}
cbbMediaType.Items.Clear(); qh>An;:u
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) O2 Y|<m
{ AUF[hzA
cbbMediaType.Item.Add(key); A
,0}bFK
} ^[[@P(e>
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; tlO=>
} nl2Lqu1
,DHH5sDCn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 6%t6u3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) iDDq<a.A
{ )2E vZn
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); IG}yGGn
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); B7C<;`5TiD
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; s'tXb=!HO
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 'Sd+CXS
factoryDllName).Unwrap(); &/' O?HWl
IMedia media = factory.CreateMedia(); (Q `Ps/
media.Play(); '$yy
} `TF3Ho\MC
D{8B;+
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。 O
'#FVZ.g
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: ZiKO|U@/
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 C4X3;l Z%S
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!