面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 8NkyT_\
KpBOmXE
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。 5e3p9K`5
一、传统过程化设计思想 ds9U9t
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: h#p[6}D
public class MediaPlayer htT9Hrx
{ 0GlQWRa
private void PlayMp3() sWmqx$
{ \G#_z|'dN
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 5X>K#N
} %[, R Q">v
=8vNOvA
private void PlayWav() KE.O>M,I.
{ U!{~L$S
MessageBox.Show("Play the wav file."); .-'_At4g
} w`DcnQK'
@HzK)%@
public void Play(string audioType) KPVu-{_Fi
{ 2"T
b><^"
switch (audioType.ToLower()) 97[wz C,
{ Q'ZZQ
case ("mp3"): znB+RiV8
PlayMp3(); ?)ct@,Ek$
break; .i {yW
case ("wav"): 2TG2<wqvE
PlayWav(); 1M.#7;#B3
break; 25f[s.pv8
} &q&~&j'[
} $Zr \$z2
} &pQ[(|=(
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 h3bQ<?m
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 7H*,HZc@=
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Q;N)$Xx
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。 tPa(H;
二、面向对象设计思想 ]- 6q`'?[
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! yEMM@5W)8
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: ^*YoNd_kpN
public class MP3 %K+hG=3O
{ CIui9XNU
public void Play() \K9.]PfbI
{ fWPa1E@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *s#6e}
} mz Cd@<T,
} ])G|U A.
qzNXz_#+u
public class WAV ySI}Nm>&=
{ A;5_/ 2
public void Play() Hs$HeAp;
{ 15VvZ![$V
MessageBox.Show("Play the wav file."); _u""v
} xQ';$&
} MQDLC7Y.p5
7O8 @T-f+2
Public class MediaPlayer $}IG+,L
{ 2
FoLJ
switch (audioType.ToLower())
_ X
{ .Tm.M7
case ("mp3"): rg;4INs#
MP3 m = new MP3(); r@zs4N0WP
m.Play(); B uso
`G
break; =E$bZe8
case ("wav"): A9g/At_
WAV w = new WAV(); p0y|pD
w.Play(); $tF\7.e@
break; ~3-"1E>Rgy
} t^Lb}A#$4
} W}N7jPO}
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。 #6
ni~d&0
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) $IS!GS&:
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。 C~ A`h=A<
public class AudioMedia ?hAO-*);
{ YcV^Fqi!
public void Play() w >%^pO~}`
{ BW6Ox=sr<
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ?(U;T!n
} JU;`c>8=)
} n!AW9]
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)。 p^}`^>OL
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: $a8,C\me?
public abstract class AudioMedia 3M(*q4A$"
{ YD@Z}NE
v"
public abstract void Play(); FZ RnIg
} ~ES%=if~Y
AbhR*
public class MP3:AudioMedia {qlcTc
{ }ng?Ar[
public override void Play() b%*`}B
{ wx`.
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); '<vb_8.
} Xn?.Od(
} `1n^~
Qd\='*:!
public class WAV:AudioMedia cl1ygpf(
{ n_rpT.[
public override void Play() 1_Ks*7vuq
{ /F9Dg<#a
MessageBox.Show("Play the wav file."); j!NXNuy:
} @;KYvDY
} <wb6)U.
-"S94<Y
public class MediaPlayer 0:71Xm
{ 0:n"A,-p
//根据需要完成任务的单向分派 "f<gZsb
public void Play(AudioMedia media) R2?s
NlF
{ )ii aT~
]
media.Play(); I^( pZ9
} x:4R?!M.
} l5=ih9u
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)。 8X.=
6M
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。 XN6$TNsD$
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: 1<Mb@t
public abstract class VideoMedia < qab\M0W
{ ]P#W\LZp
public abstract void Play(); :!Dm,PP%
} :*h1ik4t
t2vm&jk
public class RM:VideoMedia KAD2_@l
{ v0!|TI3s
public override void Play() !hM`Oe`S
{ ;-JF b$m
MessageBox.Show("Play the rm file."); !ht2*8$lQ
} Wu<;QY($5
} ;]0d{
=n,1*
public class MPEG:VideoMedia M*qE)dZjS
{ n*ShYsc
public override void Play() DZ\ '7%c
{ wu
eDedz\
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); n{<}<SVY
} 5,oLl {S'
} A?lR[`'u\
3M+rFB}tS
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 &L5
)v\z
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: kppi>!6
QEbf]U=
public interface IMedia AD<>)(
{ nyqX\m-
void Play(); .tGz, z}
} vV$t`PEY
LQr!0p.i"
public abstract class AudioMedia:IMedia RCYv 2=m>Q
{ jSHFY]2
public abstract void Play(); 6;:D!},'c
} .%7Le|Fb"
g(X`.0
public abstract class VideoMedia:IMedia <QFayZ$
{ +>1?ck
public abstract void Play(); YLTg(*
} T%&vq6
zj]
g^c;
这样再更改MediaPlayer类的代码: 8<T~AU8'*
public class MediaPlayer !~%DR~^`
{ ?Y
-;781
public void Play(IMedia media) T30fp
{ 4G' E<ab
media.Play(); [jlum>K
} %X.g+uu
} {wA8!5Gu
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 k7rg:P
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。 g.di3GGi
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。 G1e_pszD{o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) / [49iIzC
{ &v*4AZ['
IMedia media = null; w9<'0wcs
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J^7M0A4K
{ ~!2fUewEu
case ("mp3"): ;SjNZi)4d
media = new MP3(); T]z(>{
break; ,G46i)E\
//其它类型略; aXq ig&:
case ("rm"): BF2U$-k4
media = new RM(); l4+ `x[^
break; e21J9e6z
//其它类型略; R= mTJ'y
} ^o _J0
]m
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ^78N25RU(
player.Play(media); ;Wy03}K4J
} -N^Ah_9ek
KWjhkRK4]
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 g9JZ#B gZ
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 <EgJm`V
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 {_*G"A 9
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 "&f|<g5
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: \xggIW.^0
public interface IMediaFactory |;~2y>E
{ LXxQI(RO
IMedia CreateMedia(); p&Qm[!
} `5h^!="
ZAy/u@qt
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: \db=]L=|
public class MP3Factory:IMediaFactory CC"a2Hu/
{ M[z1B!rT
public IMedia CreateMedia() L>1y[
Q
{ wGT>Xh!
return new MP3(); gt.F[q3
} ;>6~}lMgJ
} O.QR1
//其它工厂略; `W@jo~y<
L-}Uj^yF
public class RMFactory:IMediaFactory pGR3
{ j0~c2
public IMedia CreateMedia() \6/Gy!0h-
{ fgj$
u
return new RM(); /0gr?I1wr7
} Yl'8"
\HF
} Dzu//_u
//其它工厂略; BH~zeJ*Pr
Zazs".
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。 ^swj!da
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: h
x5M)8#+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CYE[$*g6y
{ x"C7NW[$
IMediaFactory factory = null; %>9L}OAm
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) [QQM/ ?
{ _oG%bNM
//音频媒体 nIlTzrf6
case ("mp3"): x`C"Z7t
factory = new MP3Factory(); _6h.<BR
break; Hik=(pTu>
//视频媒体 oLX[!0M^
case ("rm"): t>N2K-8Qh
factory = new RMFactory(); T+B-R\@t
break; 8LPWT! S
//其他类型略; %B#T"=Cx
} 1QD49)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 6XZjZ*)W
player.Play(factory.CreateMedia()); H{N},B
} ]u-bJ
AD`5:G
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。 O wu?ND
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: VO {z)_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) oGI'a:iff
{ ackeq#
IMediaFactory factory = null; 4\|Q;@f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W*_c*
{ S!$S'{f<
case ("mp3"): ZQKo ]Kdr
factory = new MP3Factory(); JM/\n4ea:
break; &0bq3JGW
//其他类型略; "HqmS
case ("rm"): tl~ZuS/
factory = new RMFactory(); Vi^vG`L9
break; 73'A Q")UJ
//其他类型略; e>c
-b^{&
} }{@y]DcdM4
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6[R6P:v&'G
media.Play(); 4<PupJ
} pRE^;
4}z
^`SEmYb;
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 }s'=w]m
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 jz=V*p}6
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 y*sVimx
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: pnp8`\cIH
p&<n_b
<appSettings> CC3i@
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> WW6-oQs_#*
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> q&9]4j
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> k%Tp9x$
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 2TB'HNTFx
</appSettings> /\mYXi\
LQ%QFfC
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: E.Th}+
private void InitMediaType() $vO<v<I'Gb
{ #m<uG5l`
cbbMediaType.Items.Clear(); $?z}yx$
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) +'93%/:
{ YG=:lf
cbbMediaType.Item.Add(key); ZWS:-]P.
} -
uO(qUa#
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; *6AqRE
} 45[,LJaMd
<Dgf'GrJ
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: gq*W 0S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T@P~A)>yo
{ )OFN0'
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); : 4-pnn
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Dmy=_j?ej
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; #Q["[}flVv
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, %rrD+
factoryDllName).Unwrap(); %WR"qd&HSh
IMedia media = factory.CreateMedia(); {%k[Z9*tO
media.Play(); *5s*-^'#!
} Uea2WJpX
`#!>}/m
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。 4:O.x#p
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: 1GkoE
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 'CJ_&HR
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!