面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ]M-j_("&
bCy.S.`jHQ
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。 P8:k"i/6J
一、传统过程化设计思想 :
v<|y F
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: 3{]csZvW
public class MediaPlayer cRI&cN"o
{ g.iiT/b
private void PlayMp3() D-69/3 PvP
{ l"*zr ;#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6rq:jvlx$
} qMmh2a&
yI)~- E.
private void PlayWav() o~*% g.
{ mj{TqF
MessageBox.Show("Play the wav file."); rB<
UOe
} EO:i+e]=
|z-A;uL <
public void Play(string audioType) v0apEjT
{ nB`pfg
switch (audioType.ToLower()) n]r7} 2hM
{ roVGS{4T\
case ("mp3"): FI Io{ru
PlayMp3(); j_j~BXhIS
break; i%:oO
KI
case ("wav"): /MosE,7l
PlayWav(); }c:s+P+/
break; )xoI H{
} xbvZ7g^
} ?FA} ;?v
} J
XPE9uH
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。 BwEO2a{
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。 HX7"w
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! 1\$xq9
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。 W{*U#:Jx1
二、面向对象设计思想 wC}anq>>
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! qa.nm4"6+
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: +%UfnbZ
public class MP3 T9}G:6
{ kL*
DU`
public void Play() tux/@}I
{ 6:fe.0H9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); OT+=H)/
} ;1'X_tp
} >DP9S@W
:uSo2d
public class WAV pW 2NrBq@w
{ b>er 'U
public void Play() 4%Z! *W*
{ xVfAlN37(
MessageBox.Show("Play the wav file."); Tu o`>ZA
} RpOGY{[)[
} 8Mf6*G#Y
8LB,8*L^
Public class MediaPlayer +? E~F
{ '-N `u$3Y
switch (audioType.ToLower()) N^*%{[<5
{ -r@fLkwg
case ("mp3"): sn+g#v9e
MP3 m = new MP3(); ^KM' O8
m.Play(); wDVKp['
break; &CpxD."8x
case ("wav"): G%jgr"]\z
WAV w = new WAV(); 'JU(2mF
w.Play(); !KKkw4
break; =\"88e;b2
} V|gW%Z,j
} {E@Fk,
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 LP-~;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) HIsIW%B
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 .!e):&(8
public class AudioMedia UyTsUkY
{ 6!*be|<&
public void Play() IW?).%F
{ xQ+UZc
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); X ^8@T
} K!Te*?b
} 2Tec#eYe
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 SR!EQ<
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: _2xNio&
public abstract class AudioMedia -K eoq
{ Kkcb'aDR
public abstract void Play(); m!Cvd9X=
} 2FU+o\1%
1LYz
X;H1
public class MP3:AudioMedia t(AW2{%}
{ n("Xa#mY[
public override void Play() lR5[UKr
{ ,h,OUo]LIY
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); iO 9.SF0:
} 6?$yBu9l
} }Z#KPI8\Q
T$rhz)_q
public class WAV:AudioMedia C~-x637/
{ ]9qY(m
public override void Play() n_QSuh/Wn
{ )O\w'|$G
MessageBox.Show("Play the wav file."); QxS]6hA
} w"ZngrwBl
} @+Yql
SQ'\K d=
public class MediaPlayer ,.DTJ7H+
{ E:vgG|??
//根据需要完成任务的单向分派 '2Q[g0VR
public void Play(AudioMedia media) u_H=Xm)9
{ Z*/{^ zsE
media.Play(); -Pt.
} \]<eLw-v
} ]8@s+N
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)。 qW+'#Jh@TV
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。 %hDx UZ#0
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: niC ;WK
public abstract class VideoMedia I]Ev6>=;
{ ]Q0m]OaT
public abstract void Play(); ~&HP}Q$#f
} vz6No%8X
4fauI%kc
public class RM:VideoMedia E{s p
{ $ix:S$
public override void Play() S:B$c>
{ q8A ;%.ZLG
MessageBox.Show("Play the rm file."); =jv3O.z q
} # dA9v7
} e~oh%l^C72
<<'%2q5
public class MPEG:VideoMedia BOt1J_;(rO
{ `vjn,2S}
public override void Play() )XCG4-1
{ `]~1pc
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); {g9*t}l4
} 1.24ZX
} $, hHR:
zUuOX5-6x
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 gGZ-B<
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: t57MKDn
/cHUqn30a
public interface IMedia \k4tYL5
{ JuW"4R
void Play(); @TJxU
} tTEw"DL_-
M.FY4~
public abstract class AudioMedia:IMedia 90wGS_P04
{ ,3XlX(P
public abstract void Play(); 6v"WI@b4
} '/="bSF
gn//]|#H+
public abstract class VideoMedia:IMedia A@uU*]TqJ8
{ f/7on|bv
public abstract void Play(); uB=DC'lkg
} t=nZ1GZyM
|j}D2q=
这样再更改MediaPlayer类的代码: b :WA}x V
public class MediaPlayer k3(q!~a:.}
{
5ENU}0W
public void Play(IMedia media) h"0)g:\
{ .;\uh$c
media.Play(); p=!12t
} []lMv
ZW
} 3</W}]$)p
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 p40;@gUug
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 m!5MGq~
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 gV}c4>v(
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !78P+i
{ o75l&`
IMedia media = null; _V`F_C\\#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) HPMj+xH
{ Ec9%RAxl
case ("mp3"): t:x"]K
media = new MP3(); >sjvE4s
break; j>8S,b=%
//其它类型略; n'To:
case ("rm"): "D,}|
media = new RM(); &=*sN`
break; R$h
B9BK
//其它类型略; %i6/=
'u
} EtnuEU
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Pm7lP5
player.Play(media); 3/N~`!zeX
} Tnv,$KOhs
BUCPO}I
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 '4Drs}j5
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 P3!JA)p6a
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 `pb=y}
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 M3U?\g
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: `]`S"W7&
public interface IMediaFactory U?%T~!
{ >*MGF=.QG
IMedia CreateMedia(); HV&i! M@T
} HvR5-?qQ
XuoyB{U
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ;V?3Hwl
public class MP3Factory:IMediaFactory mEmgr(W
{ Cxd^i
public IMedia CreateMedia() ,|g&v/WlC%
{ )[ QT?;
return new MP3(); ?8qN8rk^+
} %Rt
5$+dNT
}
:yw8_D3
//其它工厂略; "!Qi$ ]
NQxx_3*4O
public class RMFactory:IMediaFactory D GL=\
{ [Kg3:]2A
public IMedia CreateMedia() URbHVPCPb
{ -FF#+Z$
return new RM(); n8E3w:A-
} +B[XTn,Cru
} H:nO\]
//其它工厂略; -d9L
rf^u&f
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。 \JC_"gqt
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:
2g~W})e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 75pn1*"gQ
{ Dz,|sHCmk
IMediaFactory factory = null; .,sbqL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) O5MV&Zb(
{ cQ;@z2\
//音频媒体 #qu;{I#W3
case ("mp3"): SP\s{,'F-b
factory = new MP3Factory(); ;VzdlCZ@
break;
wh#IQ.E-
//视频媒体 |!81M|H
case ("rm"): U2r[.Ru
factory = new RMFactory(); ? o&goiM
break; v^J']p
//其他类型略; (}5};v
} mPF<2:)wv
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4B9D
player.Play(factory.CreateMedia()); 194n
} O2":)zU.
f%3MDI
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。 /2''EF';
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: SKF0p))BJ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 'C=(?H)M
{ L=<$^ m
IMediaFactory factory = null; @Gw.U>"!C
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]XcWGQv~
{ w`EC6ZN
case ("mp3"): GTi=VSGqF
factory = new MP3Factory(); >;]S+^dXY
break; Hh%"
//其他类型略; s?"\+b
case ("rm"): 1g,Ofr
factory = new RMFactory(); B}P!WRNmln
break; 1Vkb}A,'
//其他类型略; 7|"l/s9,
} Y3#8]Z_"}O
IMedia media = factory.CreateMedia(); W9{i ~.zo
media.Play(); :]4s;q:m
} IAWs}xIly
XI:+EeM?
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 JC`;hY
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 2I3H?Lrx!m
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 s1R#X~d
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: 39m8iI%w[
vTo+jQs^
<appSettings> vT MCZ+^g
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> OLWn0
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> PdEPDyFk h
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :fDzMD
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> KMG}VG
</appSettings> 0}YadNb7
2kOaKH[(q
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: k{'<J(Hb
private void InitMediaType() OJ7Uh_;/
{ uP$i2Cy
cbbMediaType.Items.Clear(); ~Y{]yBGoF
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Lr20xm
{ 8QMMKOui\
cbbMediaType.Item.Add(key); 0$NzRPbH
} nTw:BU4jd
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; PT~F^8,)
} oB @)!'
me F.
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: y<~(}xsHh
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [VLq/lg*
{ I %sw(uoE
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); fLeHn,*,"
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); q,_EHPc
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 9=FH2|Z
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, z8r?C
factoryDllName).Unwrap(); @My
RcC
IMedia media = factory.CreateMedia(); &xvNR=K[`
media.Play(); \),zDO+
} ,<C~DSAyZ
[vz2< genn
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。 rLY I\
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: h#Mx(q
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 C?MKbD=K
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!