面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) =K$,E4*
.]76!(fWZ
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 \3PE+$
一、传统过程化设计思想 cBEHH4U
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: t;#Gmo
public class MediaPlayer zX5G;,_
{
CB*/ =Y
private void PlayMp3() hG Apuy
{ M$&>5n7
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); g*-2*
\
} N\R=cwk
# .q#OC
private void PlayWav() u.6P-yh
{ u3dsQU
MessageBox.Show("Play the wav file."); x0Bw{>Q
} ,86K
/)V4k:#b
public void Play(string audioType) `Q9+k<
{ M#0 @X
switch (audioType.ToLower()) i7eI=f-Q
{ W(&6
case ("mp3"): 9qH[o?]
PlayMp3(); +{rJ[J/g
break; am:.NG+
case ("wav"): 8B@JFpg^
PlayWav(); 5N1 K~".
break; _+zVpZ
} v["3
} jp m#hH{R
} |NEd@
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 Bxv8RB
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 6GKT yN
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! J E)J<9gf
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 zrx JN
二、面向对象设计思想 `-D$Fsl
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! VG#Q;Xd}
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: V.,bwPb{9
public class MP3 _pSIJ3O
{ FDq{M?6i
public void Play() B| Q6!
{ rl|Q)A{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~t9Mh^gij
} KO-a; [/
} MFTC6L+T
qeMv
Vf
public class WAV @+dHF0aXd
{ oEAfowXSqk
public void Play() ~V$ f#X
{ eycV@|6u*
MessageBox.Show("Play the wav file."); jYdV?B
} 8vJdf9pB*
} m"-G6BKS
aQh?}=d a
Public class MediaPlayer l;5`0N?QO
{ }jcIDiSu
switch (audioType.ToLower()) <bX 1,}?
{ n2E4!L|q
case ("mp3"): MF|*AB|E
MP3 m = new MP3(); %O /d4
m.Play(); 5&qY3@I7l
break; #PH#2/[
case ("wav"): X2P``YFV{
WAV w = new WAV(); {_as!5l
w.Play(); b_ JWnh
break; bm6hZA|
} <_f`$z
} ,cS0
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 3k{c$x}
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ._ih$=
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 L?.7\a@
public class AudioMedia _3U|2(E
{ wWFW,3b
public void Play() >p |yf.G
{ xSOoIsL[
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); MHNe>C-!q
} t
2G1[j!
} CK Mv7
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 Z^+a*^w~{
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: D1!
{S7
public abstract class AudioMedia K#;txzi
{ )"-fHW+fy
public abstract void Play(); )rbc;{.
} r\bq[9dX>
2MT_#r_
public class MP3:AudioMedia um}N%5GAa
{ QqjTLuN
public override void Play() E -
KK
{ @>CG3`?}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); b.,$# D{p
} NlMQHma
} ,W8au"
:@WLGK*u.
public class WAV:AudioMedia cUNGo%Y
{ *G9
[j$
public override void Play() $~TfL{$
{ `~|DoSi^d
MessageBox.Show("Play the wav file."); Es~DHX
} >& [3
} Q~h6J*
i&1U4q
public class MediaPlayer _&K\D
p&@
{ gTuX *7w
//根据需要完成任务的单向分派 X-v~o/r7
public void Play(AudioMedia media) bWUS9WT
{ 6s&qZ+v-
media.Play(); F[(6*/ 46x
} &EGY+p|2Y
} j]#wrm
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)。 GA7u5D"0
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。 ^xmZ|f-
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: 2!{N[*)
public abstract class VideoMedia #,)PN @P
{ v=j>^FZ
public abstract void Play(); G u6[{u
} *|sxa#
ujow?$&
public class RM:VideoMedia n~9 i^
{ GPMrs)J*!
public override void Play() 2h5tBEOX.s
{ _,t&C7Yf;
MessageBox.Show("Play the rm file."); BjwMb&a;
} $}V7(wu 6@
} TJE%
U0Ln
{$3j/b
public class MPEG:VideoMedia Wf_CR(
{ 4@ =
aa
public override void Play() 4VC/-.At
{ Euqjxz
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); "h QV9 [2\
} S ]vW&r3`
} 6xyY+
KQ- ,W8Q5
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。 a (P^e)<
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: P_v0))n{
}FHw"
{my
public interface IMedia EqVsxwa
{ C+T&O
void Play(); qjJ{+Rz2
} 'n>EEQyp'
`D4oAx d9
public abstract class AudioMedia:IMedia Ck:#1-t8{
{ Al=(sHc'
public abstract void Play(); ip<15;Z
} _r~!O$2
G OH
public abstract class VideoMedia:IMedia e21E_exM0
{ U8EJC
.e&O
public abstract void Play(); ;5-R=e(KA
} !-F ^VGD(8
7 kEx48
这样再更改MediaPlayer类的代码: Oi6f8*,
public class MediaPlayer h=!M6yap<
{ :
x>I-
3G
public void Play(IMedia media) P"oYC$
{ sg+ZQDF{x
media.Play(); z|Hy>|+
} m*\B2\2gJ
} 44Q6vb?
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 '" ^ B&W
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。 UwZu:[T6H
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。 &b5T&-C<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xi;/^)r
{ dK[*
IMedia media = null; _{[k[]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) MV%
:ES?
{ +Gk!
t]dy
case ("mp3"): '2wXV;`
media = new MP3(); ,}eRnl\
break; Y;'VosTD
//其它类型略; F_ ,L2J
case ("rm"): (Nm}3 p
media = new RM(); t|go5DXz4
break; tniPEmeS
//其它类型略; 8f /T!5
} av'd%LZP
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dDsjPM;2
player.Play(media); mrK,Ql
} -q'xC: m
x:!C(Ep)
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 SPfD2%jjC
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。 Uzan7A
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。 /'R UA
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。 DZ%g^DRZX
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: nYI/&B{p
public interface IMediaFactory b`(yu.{Jn
{ 9`)w@-~~
IMedia CreateMedia(); +9F^F>mu
} 3'?h;`v\Lo
om XBnzT
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: )j{WeG7L
public class MP3Factory:IMediaFactory 6T R8D\
{ 83{x"G3>
public IMedia CreateMedia() 'LJ %.DJ
{ IyrZez
return new MP3(); +io;K]C
}
YRg=yVo2
} qk_p}l-F1
//其它工厂略; %GVEY
[
c ~LY4:
public class RMFactory:IMediaFactory H.jLGe>
{ [$hptQv
public IMedia CreateMedia() >k$[hk*~
{ p2pTs&}S
return new RM(); `E./p
} r24\DvS
} ZcUh[5:|
//其它工厂略; =fKhXd
Hv[d<ylO
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。 ?&whE!
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: DBu)xr}7A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) wJapGc!
{ GVjv**U
IMediaFactory factory = null; D=i0e8D!+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) s[0prm5.
{ G ;PbTsW
//音频媒体 {{^Mr)]5K
case ("mp3"): Ma`
factory = new MP3Factory(); aHBByH
break; }V1DyLg:
//视频媒体 K$Mx}m7l
case ("rm"): 3EbnZb
factory = new RMFactory(); [(D}%+2
break; #Pb7EL#c
//其他类型略; a}5vY
} _ 4~ng#M*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); gp#bQ
player.Play(factory.CreateMedia()); 4f@havFIJ
} k7z(Gbzu
lU&`r:1>_
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 "@c';".|
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: gt2>nTJz.Z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N}8HK^n*
{ "Cb.cO$i;
IMediaFactory factory = null; qB+:#Yrx/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;a!h.8UJPI
{ jyY ^iQ.2
case ("mp3"): cc2d/<:
factory = new MP3Factory(); ?`vM#)
break; t7U,AQ=;P5
//其他类型略; 4=?Ok":8
case ("rm"): 8>% jZ%`a
factory = new RMFactory(); /o<}]]YBF
break; ,wry u|7"$
//其他类型略; 7| h3.
} O4b-A3:
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9E->;0-
media.Play(); H3p4,Y}'#
} g( @$uJ
^Ff~j&L@{
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Ux%\Y.PPI
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 ~xlMHf
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 3/A[LL|
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: 6k@% +<1
T!=20 !I
<appSettings> ZbZAx:L
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ;y?D1o^r8W
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> =0@d|LeZ
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> eB(S+p?
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> @w#gRQCl
</appSettings> g|GvJ)VX
+ e5
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: ]AFM Y<mB
private void InitMediaType() l ) )~&
{ %U=S6<lbj;
cbbMediaType.Items.Clear(); ~n8*@9[
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) *oX
{ Up/eV}C
cbbMediaType.Item.Add(key); RAD4q"}k
} # o;CmB
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; q[y,J
} HdY3DdC%q
!SO$k%b}!
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: uDy>xJ|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9d,]_l.sB
{ ~kSnXJv
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); V(''p{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); H/^TXqQ8
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; lH,]ZA./
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 0w'y#U)&8
factoryDllName).Unwrap(); 5ykk11!p$
IMedia media = factory.CreateMedia(); U'h[{ek
media.Play(); )L(d$N=Bd
} 'n>3`1E,
J1c&"Oh
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 {P<BJ52=
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: Vav+$l|j@
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 :ET3&J
L
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!