面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) nIR*_<ow
T aEt
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。 Wk,6) jS=}
一、传统过程化设计思想 i[8NO$tN1)
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: b^%?S8]h
public class MediaPlayer 'X|v+?
{ mHHzCKE ,
private void PlayMp3() s1Okoxh/!V
{ m'SmN{(t
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); y 3IA '
} RE*WM3QK~
o|+E+l9\
private void PlayWav() FXeV6zfrE
{ =Iy/cHK
MessageBox.Show("Play the wav file."); Dw*Arc+3V
} -}< d(c
:;q>31:h
public void Play(string audioType) &q"'_4
{ KCl &H
switch (audioType.ToLower()) hc6.#~i
{ @Mzz2&(dU
case ("mp3"): ^J0zXe -d
PlayMp3(); l`G(O$ct
break; =p5?+3"@
case ("wav"): erXy>H[;
PlayWav(); Esb?U|F4
break; y%2%^wF
} a6k(9ZF
} 6EZ1YG}
} yV8-
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。 M q76]I%
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。 xkF$D:sP
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! jzMhJ
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 7TnM4@*f
二、面向对象设计思想 ([[)Ub$U
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! x3gwG)Sf
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: \ibCR~W4
public class MP3 32s5-.{c/f
{ Is<x31R
public void Play() >1m)%zt
{ xnT3^ #-h
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); lD9%xCo9(
} g)X7FxS,z
} HgYc@P*b
Mp^^!AP 9
public class WAV -g9^0V`G
{ NP$e-" 1
public void Play() *&(2`#C;
{ `}[VwQ
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1 pa*T!
} nG!&u1*
} A S`2=w
%A8Pkr<&E
Public class MediaPlayer -QN1oK@\mE
{ Ft )t`E'%j
switch (audioType.ToLower()) qo)Q}0
{ j p!
case ("mp3"): 5r^1CFO
MP3 m = new MP3(); Qk+=znJ
m.Play(); W]Y@WKeT
break; mXQl;
case ("wav"): w'!ECm>*`
WAV w = new WAV(); &$<(D0
w.Play(); *Kp}B}}J
break; g[m3IJzq
} -,FK{[h]ka
} z Z@L4ZT
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。 Y||yzJdC
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ,2RC |h^O,
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。 >g>f;\mD7$
public class AudioMedia )Y=w40Yzd
{ C usVW
public void Play() ?@3#c
{ /&*m1EN#o
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); oK#\HD4U
} LKIW*M
} DLNa6
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)。 olYPlHF
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: ;RNM
public abstract class AudioMedia caGML|DeI
{ c:3@[nF~
public abstract void Play();
o G(0i
} w9G_>+?E
{9h`$e=
public class MP3:AudioMedia JX2mTQ
{ Fl B, (Cm
public override void Play() )w
Z49>Y
{ Y8D7<V~Md
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); p.@0=)
} uo]Hi^r.l
} nu;}S!J
30A`\+^f
public class WAV:AudioMedia kyy0&L
{ QpdujtH`
public override void Play() t)\D
{ 8]sTX9
MessageBox.Show("Play the wav file."); `%FIgE^
} }V\P,ck
} di8W2cwz
]cx"
public class MediaPlayer /d{glOk
{ QN)/,=#
//根据需要完成任务的单向分派 8W19#?7>B
public void Play(AudioMedia media) T[i7C3QS
{ M,.b`1-w
media.Play();
jz|Wj
} ybD{4&ZE
} (! xg$Kz@
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)。 W2}%zux
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。 08zi/g2
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: @/CRIei
public abstract class VideoMedia C_;HaQiu
{ <{$ev&bQ
public abstract void Play(); 2>!_B\%) H
} #g@
4(` 2#
public class RM:VideoMedia 9X
5*{f Y
{ a/`c ef
public override void Play() j~+[uzW98
{ ?R|fS*e2EB
MessageBox.Show("Play the rm file."); a"`g"ZRx
} ) 1lJ<g#
} /W"Bf
s5c! ^,L8
public class MPEG:VideoMedia N,WI{*
{ D< nlb-
public override void Play() DZHrR:q?e
{ t`
}20=I+
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 9F2w.(m
} c*y$bf<
} LVPt*S= /
ke3HK9P;
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。 - XE79 fQ
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: /2g)Z!&+L
%k/
k]:s
public interface IMedia iYO
wB'z
{ (t]lP/
void Play(); E[ )7tr
} r[.zLXgK
N oX_?
public abstract class AudioMedia:IMedia o7_MMeQ4
{ v YRt2({}Z
public abstract void Play(); Fpj6Atk
} OoAr%
jOoIF/So
public abstract class VideoMedia:IMedia "|.+L
{ 8\qCj.>S
public abstract void Play(); &[?u1qQ%o
} 7h9 fQ&y
v$gMLu=
这样再更改MediaPlayer类的代码: % j[O&[s}
public class MediaPlayer hRuo,FS#:
{ !.;xt L
public void Play(IMedia media) AmT|%j&3
{ H j5WJ{p.
media.Play(); 4
|:Q1
} Vu|Br
} -V;0_Nx7p
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 )8 "EI-/.
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ,<uiitOo
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 l5\B2 +}7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :$SRG^7md
{ ;
McIxvj
IMedia media = null; r85Xa'hh
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) G+#| )V
{ F:*[
case ("mp3"): LyJTK1]#
media = new MP3(); a@5xz)
break; 877EKvsiC
//其它类型略; q
G :jnl
case ("rm"): j=xtnIq
media = new RM(); @\%)'WU
break; 3PvZ_!G
//其它类型略; P`Hd*xh".j
} _V_8p)%
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); a'_MhJ zs
player.Play(media); \p>]G[g
} Y^c,mK^
X] JpS
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 C0t+Q
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。 ,E*a$cCw
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ?RRSrr1
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 e6{[o@aM{
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: c:h.J4mv
public interface IMediaFactory Ac5o K
{ 5oT2)yz
IMedia CreateMedia(); m'Ek p
} L#7)X5a__
[x$eF~Kp
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: -CU7u=*b
public class MP3Factory:IMediaFactory A]tf>H#1
{ eZR8<Z%
public IMedia CreateMedia() ;G%wc!
{ j$|Yd=
return new MP3(); 6yu*a_
} )F%wwc^r
} g9([3pV,
//其它工厂略;
:kp
UALg!M#
public class RMFactory:IMediaFactory &m%Pr
{ K+h9bI/Sf
public IMedia CreateMedia() (2O} B.6
{ [/+dHW|
return new RM(); #U!(I#^3
} Kbz7
} BuEQ^[Ex
//其它工厂略; @R'g@+{I
9U }MXY0
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。 M k'n~.mb
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: \c9t]py<.h
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #5ohmp,u
{ SQ^^1.V&/Y
IMediaFactory factory = null; '&pf
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) q5I4'6NF
{ oxCs*
//音频媒体 ~7ATt8T
case ("mp3"): /8$1[[[
factory = new MP3Factory(); .kB3jfw0,
break; <D;H}ef
//视频媒体
_A)_K;cz
case ("rm"): d5sGkR`(
factory = new RMFactory(); < o'7{
break; p+`*~6Jj/
//其他类型略; '.h/Y/oz
} ir@N>_
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); f1]AfH#
player.Play(factory.CreateMedia()); {M)3GsP?
} +}(B856+
$^NWzc
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。 WfTdD.Xx
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: uG(~m_7Hx
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,s yA()
{ :d%
-,v
IMediaFactory factory = null; F;MT4*4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <_sT]?N#
{ cP#]n)<
case ("mp3"): k9_VhR|!
factory = new MP3Factory(); ;GSFQ:m[
break; #a'x)$2;R|
//其他类型略; [#Nx>RY
case ("rm"): Z z;<P
factory = new RMFactory(); {Jw<<<G
break; W
&0@&U
//其他类型略; XJxs4a1[t
} zFdz]z3
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3U9+l0mBa
media.Play(); od5w9E.
} :LIKp;
l6`d48U
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 2;?wN`}5g=
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 3ciVjH>i
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 7ck0S+N'b
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: +sR *d
owpJ7S1~
<appSettings> #`vGg9
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ILr6W@o5A
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ^pQ;0[9Y0
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> vn%U;}
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> h[`Op#^x3
</appSettings> C(t6;&H
^d5./M8Bd
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: 7].IT(
private void InitMediaType() 3 ?|; on
{ <0Egkz3s
cbbMediaType.Items.Clear(); aji~brq
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) :7DVc&0
{ SVs~,
cbbMediaType.Item.Add(key); xwH|ryfs,Z
} 6dS1\Y
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; _@~kYz
} FUqhSW
]g-qWSKU
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: J|2Hqd
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) U*R~w5W.[
{ }rMpp[
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); G4exk5
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Znl>*e/|
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; q=0{E0@9({
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, sO4}kxZ
factoryDllName).Unwrap(); ! ?U^+)^$
IMedia media = factory.CreateMedia(); Mevyj;1t
media.Play(); k89gJ5B$
} (+Kof
C"` 'Re5)
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。 NK#"qK""k
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: %]sEt{
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 8.Own=G?
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!