面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) <0VC`+p<)
RBz"1hRo`
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。 H:EK&$sU
一、传统过程化设计思想 w&@zJ [
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: xM=ydRu
public class MediaPlayer
E-%$1=;
{ R$!]z(
private void PlayMp3() [+d~He
{ 4{Q$^wD+.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); W__Y^\~
} ?0'e_s
*LMzq9n3o
private void PlayWav() =0L%<@yA
{ `YUeVz>q?
MessageBox.Show("Play the wav file."); *8Su:=*b
} &zd@cr1
[p'A?-
public void Play(string audioType) oxBTm|j7
{ VX*+:
switch (audioType.ToLower()) fWPa1E@
{ S\]9mHJI
case ("mp3"): Nd]RbX
PlayMp3(); )Z/$;7]#
break; <"K2t
Tg.
case ("wav"): n=)LB&
m
PlayWav(); S|xwYaoy%
break; M@l |n
} dDSb1TM
} }.(DQwC}1k
} z;?ztpa@
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。 CDF;cM"td
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。 ,{\Ae"{6
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! aS[y\9(**
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。 ck%.D%=
二、面向对象设计思想 xbxzB<yL
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! {Mj- $G"
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: KwV!smi2
public class MP3 }9^'etD
{ M)ao}m>
public void Play() r;)31Tg
{ #eN2{G=4+
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e|W;(@$<
} H0 Zo.Np
} j D*<M/4
/NjBC[P
public class WAV auB
931|
{ :{^~&jgL
public void Play() c#CV5J\Kk3
{ *3P+K:2lNG
MessageBox.Show("Play the wav file."); &^K(9"
} :Tv>)N
} daP_Kz/2K
7x77s
Public class MediaPlayer `\|@w@f|;
{ Nmd{C(^o
switch (audioType.ToLower())
3Z`"k2k
{ ]%I\FefT
case ("mp3"): #?+[|RS|
MP3 m = new MP3(); FZ}^)u}o
m.Play(); K2e68GU
break; ]'7Au]Us`
case ("wav"): ~ES%=if~Y
WAV w = new WAV(); 3=o4ncg(
w.Play(); E24SD' |)
break; IA&V?{OE@I
} b%*`}B
} wx`.
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。 '<vb_8.
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 3UmkFK<
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。 VwRZgL
public class AudioMedia E%;$vj'2
{ !Yr9N4
public void Play() ,;5%&T
{ mn=b&{')e
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); oH&@F@r:+
} eub}+~_?[
} [mQ1r*[j
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 si)>:e
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Nd"IW${Kg
public abstract class AudioMedia *!TQC6b$
{ @%*2\8}C!
public abstract void Play(); wdf;LM
} 0>Td4qr+u
N
P+vi@Ud
public class MP3:AudioMedia {$Uj&/IC
{ F-b]>3r
public override void Play() 'K02T:\iZ
{ l`l6Y>c*]
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [&4+
<Nl'
} 16]Ay&Kn!
} ra6\+M~}e
/;w(sU
public class WAV:AudioMedia %o4v} mzV
{ uYWgNNxdmo
public override void Play() Y>/_A%vQU
{ x7<NaMK\
MessageBox.Show("Play the wav file."); RM,aG}6M)M
} tFc<f7k
} ]LZ#[xnM7
R) :Xs .
public class MediaPlayer *k; bkd4x
{ +6l#hO7h
//根据需要完成任务的单向分派 P_0[spmFU
public void Play(AudioMedia media) rm ;U'&{
{ =n,1*
media.Play(); N>YSXh`W`y
} ?;htK_E\*
} J5F@<vi
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 DnJ `]r
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 L fcy#3!
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: B|"/bQ
public abstract class VideoMedia 7FPSBvU#/
{ [e
ztu9
public abstract void Play(); *P9" 1K+
} ,wM}h
|a"]@W$>
public class RM:VideoMedia mjg@c|rTG
{
]UEA"^
public override void Play() 0SWqC@AR%
{ 1\UU"
MessageBox.Show("Play the rm file."); ilVi
} jSHFY]2
} 6;:D!},'c
Li|~%E1
public class MPEG:VideoMedia ZzgzeT+bv
{ {DKZ~
public override void Play() )-1e}VF(U
{ CmbgEGIh[a
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 1$Q[%9
} %i/|}K
} 'h0>]A 2|X
mRC3w(W
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 U^GVz%\
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: z8'zH>
q78OP}
public interface IMedia o+x!
(
{ gg rYf*
void Play(); "OYD9Q''
} |>xuH#Q
~+0IFJ `}
public abstract class AudioMedia:IMedia #_S]\=N(
{ 6'N_bNW
public abstract void Play(); QtG6v<A
} ps:`rVQ7
13Z,;YW
public abstract class VideoMedia:IMedia HyWR&0J
{ '" %0UflJS
public abstract void Play(); f 42F@M(:
} VVAc bAGJ
HBvyX`-
这样再更改MediaPlayer类的代码: =v::N\&
public class MediaPlayer .TdFI"Yn
{ ezL1,GT
public void Play(IMedia media) 7]1a3Jk
{ tbR
media.Play(); L5zCL0j`
} 0 AffD:
} <F&XT@
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 o938!jML_
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 \W TKw x
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 6@/k|t>OT
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7- LjBlH
{ MG.c`t/w
IMedia media = null; l#T%N@X
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) psmDGSm,&
{ Or?c21un
case ("mp3"): )V>OND
media = new MP3(); |hi,]D^Kc
break; /D;ugc*3
//其它类型略; E:/!]sm!
case ("rm"): 9'sZi}rT
media = new RM(); }T\.;$f
break; 2*O#m
//其它类型略; -(WRhBpw
} 'v0rnIsI?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }PBL
player.Play(media); $'5rS$]a/
} ;a@riPqx!
p.8
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 [kN_b<Pc,
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。 8'zl\:@N
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。 O/Hj-u6&A
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。 NkNFx<9T
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: .-T P1C
public interface IMediaFactory Z8ivw\|M8
{ n.'Ps+G(
IMedia CreateMedia(); 9)S3{i6w
} zb4@U=?w}
<+q`Dk
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: B[7,Hy,R
public class MP3Factory:IMediaFactory yF6AI@y
{ W/t,7lPFb
public IMedia CreateMedia() '&,p>aM
{ ,9I-3**W
return new MP3(); AhA&=l
i;
} +HUy,@^Pa
}
~XWBLU<
//其它工厂略; )SZ#%OE*
u8>aO>(bVg
public class RMFactory:IMediaFactory MbInXv$q2/
{ l(_|CkcZ
public IMedia CreateMedia() %{ rb,6
{ p9 ,[kb
return new RM(); 5RWqHPw+
} XY? Cl
} fB7Jx6
//其它工厂略; O wu?ND
VO {z)_
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 oGI'a:iff
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: z^tzP~nI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ackeq#
{ P`Now7!
GW
IMediaFactory factory = null; )i:*r8*~
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O#[b NLV
{ UNiK6h_%
//音频媒体 :5j+^/
case ("mp3"): y5aPs z
factory = new MP3Factory(); pT~3<
,
break; H}G 9gi
//视频媒体 5HHf3E [
case ("rm"): (=WYi~2v
factory = new RMFactory(); #*y.C[^5{
break; 7 qn=W
//其他类型略; Z]DZ:dF
} 03zt^<
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ZD|F"v.
player.Play(factory.CreateMedia()); H$WD7/?j
} 0n2H7}Uq
Gukvd6-g9b
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。 hPz=Ec<zW
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: xgkCN$zQ`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V{q*hQd_3
{ DOFW"Sp E
IMediaFactory factory = null; i={4rZOD^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) CC3i@
{ WW6-oQs_#*
case ("mp3"): q&9]4j
factory = new MP3Factory(); C|IHRw`[
break; "bRjY?D
//其他类型略; /\mYXi\
case ("rm"): LQ%QFfC
factory = new RMFactory(); \P":V
break; `\"<%CCe
//其他类型略; 3[_WTwX0
} PbS1`8|4
IMedia media = factory.CreateMedia(); *3={s"a.(
media.Play(); ?Q"<AL>Z
} (X5y%~;V5a
/&47qU4PJ
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。 wVI_SQ<8V
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。 +eH`mI0f
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。 C}3a^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: AsuugcN*
z(.,BB[
<appSettings> ^["D>@yIR
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> s.;'-oA
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> N>a~k}pPH
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> >}NnzZ
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> N+ ]O#Js?
</appSettings> {%k[Z9*tO
*5s*-^'#!
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: Uea2WJpX
private void InitMediaType() `#!>}/m
{ 4:O.x#p
cbbMediaType.Items.Clear(); 1GkoE
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ~(tt.l#
{ Uy|!f]"?
cbbMediaType.Item.Add(key); $'d,X@}8
} 1uKIO{d@
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ,+h<qBsV@
} >jTiYJI_M
CXz9bhn<4
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: FcZ)^RQ4G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) reYIF*
{ hMS:t(N{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); !@P{s'<:
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); >b0Bvx-
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 1TfFWlf[B
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l]t^MEoc8
factoryDllName).Unwrap(); l'2vo=IQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); FGc#_4SiL
media.Play(); ZvC?F=tH
} ZR)M<