面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )B&`<1Oie
bXc*d9]
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。 X(Mpg[,N"
一、传统过程化设计思想 .o]I^3tfc
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: "M/) LXn:0
public class MediaPlayer cC/32SmY4
{ sq(5k+y*J
private void PlayMp3() rr\u)D#)
{ tN4&#YK<
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Sw; kUJ
} Fq <JxamR
I ~YV&12
private void PlayWav() `uk=2k}&m
{ j7a}<\
MessageBox.Show("Play the wav file."); _unoDoB
} cpw=2vnD
8au Gz
,"
public void Play(string audioType) mOHOv61
{ pCo3%(
switch (audioType.ToLower()) 6'e^np
{ YIZu{
case ("mp3"): <A|z
PlayMp3(); 6LCR ;~
]
break; m;rr7{7X
case ("wav"): 8tv4_Lbx
PlayWav(); C@]D*k
break; X 5}=|%Y
} uqI'e_&=&5
} !O`j
} p<0=. ~
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。 oHv.EO
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。 :eD-'#@$u
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! /4+Q;
P
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 na9YlJ\
二、面向对象设计思想 \<xo`2b
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 0g=vMLi
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 3WwCo.q;m
public class MP3 us1$
{ <"`f!k#[
public void Play() F;_o `h
{ Qx|HvT2P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); toPFkc6`
} 4Hb"yp$
} {`
bX*]
BQ[R)o
public class WAV `W_&^>yl
{ 9ei'oZ
public void Play() !ii(2U
{ \}k R'l
MessageBox.Show("Play the wav file."); n{~&^Nby*I
} {jR3D!hK
} <3N\OV2
j x< <h_j
Public class MediaPlayer rwW"B
{ "M2WK6?O5
switch (audioType.ToLower()) #?D[WTV
{ >d"\
case ("mp3"): sGNHA(;
MP3 m = new MP3(); vRW;{,d
m.Play(); ?6ssSjR}
break; ;w]1H&mc*A
case ("wav"): 9eP*N(m<
WAV w = new WAV(); bJ"2|VNH(
w.Play(); {E)tzBI;^
break; }QQl.'
} 9
;uw3vI%
} BdU .;_K
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。 @gf <%>
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Gl3g.`X{$@
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 j"TEp$x
public class AudioMedia vR5X
{ |Thm5,ao
public void Play() F=*t]X[z}
{ #hs&)6Sf
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); <jYyA]Zy5
} Pj g#
} ('j'>"1H
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)。 QqW N7y_9
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: U1/ww-!Z
public abstract class AudioMedia Gx4uf
{ jgXr2JQ<
public abstract void Play(); &dj/Dq@
} Gf.xr%mUZr
d Efk~V\
public class MP3:AudioMedia ]c'EJu
{ Zs3xoIW7Ai
public override void Play() ;QCGl$8A
{ =u0a/2u|
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
&,Loqr
} o>d0R
w4h
} ?/hS1yD;
fwzyCbks
public class WAV:AudioMedia I~p*~mLh'
{ Lr\(7r
public override void Play() )w&|VvM )L
{ ^e =xEZD
MessageBox.Show("Play the wav file."); |pMP-
} glM42s
} S;8=+I,
2Z<S^9O9
public class MediaPlayer S7cD}yx*[
{ i88`W&tI{
//根据需要完成任务的单向分派 o@j!J I&
public void Play(AudioMedia media) =Ov,7<8o
{ &+oJPpHi\
media.Play(); |na9I6
} Sa.nUj{M=
} SbMRrWy
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)。 JW2f 6!b
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。 (8o;Cm
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: J?Q@f
public abstract class VideoMedia @{3_7
{ GvA4.s,
public abstract void Play(); +@8, uL
} I3x+pa^]2
/L!
=##
public class RM:VideoMedia <
r b5'
{ +tYskx/
public override void Play() "oR%0pU*
{ }1sd<<\`
MessageBox.Show("Play the rm file."); $O\]cQD`u
} N#:W#C{16w
} sN1I+X
poi39B/Vt
public class MPEG:VideoMedia kCoEdQ_
{ ah!RQ2hDrV
public override void Play()
2&o3OKt
{ |hu9)0P
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); F22]4DLHO
} +~lPf.
} "#%9dWy
LN'})CI8m
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。 WO+>W+|N
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: (|y@ftr@
<2I<Z'B,e
public interface IMedia _]+
\ B
{ \ ERHnh
void Play(); ]XfROhgP=
} *}ZKQ
w~e$ul(IQM
public abstract class AudioMedia:IMedia 6ZGw 3p)
{ 5@i(pVWZ
public abstract void Play(); eGbjk~,f'
} pr1>:0dg
(xBWxeL~
public abstract class VideoMedia:IMedia k]A$?C0Q<%
{ "j}fcrlG9
public abstract void Play(); Bjb8#n04
} a
0qDRB
*{e,< DV
这样再更改MediaPlayer类的代码: :YmFQ>e?
public class MediaPlayer "/\-?YJjw
{ Novn#0a
public void Play(IMedia media) QWwEfL
{ z'Fu} ho
media.Play(); `ItPTSOi
} <r8s=<:
} ~_4$|WKl
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {'f=*vMI
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 MrS~u
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 l;;"v) C8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r@H7J 5<Y-
{ ;J?zD9
IMedia media = null; {gS7pY%_W
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?
y^t
{ G5zsId
dS
case ("mp3"): FS6ZPjG)
media = new MP3(); hKQg:30<
break; *Cx3bg*Gan
//其它类型略; tWI4x3&2
case ("rm"): Uv=hxV[7y
media = new RM(); |-vn,zpe
break; f9b[0L
//其它类型略; 1Qo2Z;h@
} R94ID@LF
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); uhr&P4EW
player.Play(media); t|k-Bh:x
} rqi|8gKY
9$N~OZ;-*x
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |z.Z='`
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。 koOp:7r
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。 kQ
$.g<
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。 @ u2P&|:{
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: |(UkI?V
public interface IMediaFactory !XrnD#
{ w 8oIq*
IMedia CreateMedia(); L
t.Vo
} /AUXO]
ZS?4<lXF
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: +Zi@+|"BCN
public class MP3Factory:IMediaFactory $pYT#_P!/
{ '0E^th#u-0
public IMedia CreateMedia() /Es&~Fn
{ A>Oi9%OY:
return new MP3(); ;{Su:Ixg
} vip&
b}u
} vKcc|#
//其它工厂略; ZNTOI]P&
1
c4I`#_v
public class RMFactory:IMediaFactory ~z*A%vp6ER
{ TmO3hKaP
public IMedia CreateMedia() t(.xEl;Ma
{ sRf?JyB
return new RM(); _6&TCd<
} [n9X5qG~
} Q.])En >i
//其它工厂略; AU/L_hg
F\hU
V[
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 5oR/Q|^
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: jMB&(r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !&8HA
{ 2ID]it\5
IMediaFactory factory = null; #MI4 `FZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IAa}F!6Q1
{ !S}4b
//音频媒体 J+20]jI
case ("mp3"): o+.LG($+U
factory = new MP3Factory(); v6_fF5N/
break; 9)]asY
//视频媒体 ~xP4}gs1
case ("rm"): j5qrM_Chg
factory = new RMFactory(); S2EeC&-AR
break; ojQjx|Q}
//其他类型略; lQnqPQY
} BjyGk+A
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1me16 5y<B
player.Play(factory.CreateMedia()); *wVWyC
} 2n8spLZYGY
Iw-3Z'hOX
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。 CHX- 4-84{
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: 982n G-"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) R#i{eE*WF
{ \z>L,U
IMediaFactory factory = null; ,"Nfo`7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ag\xwS#i5H
{ NU?05sF
case ("mp3"): 12MWO_'g8
factory = new MP3Factory(); \gjYh2>
break; 0($ O1j~$
//其他类型略; y7)$~R):-
case ("rm"): yw9)^JU8"
factory = new RMFactory(); z&r@c-l@
break; ES&"zjr$
//其他类型略; fmQ`8b
} mUW4d3tE
IMedia media = factory.CreateMedia(); nd)bRB
media.Play(); 1:r 8p6
} P7`sJ("#
*/JMPw&
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。 Y
&"rf
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。 .W)%*~ O!;
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。 |X$O'Gf#n
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: Nn%[J+F
LU=`K4
<appSettings> r#CQCq
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 0j)D[K
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> "<y0D!&
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> -*I Dzm
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;j]-;wg-;
</appSettings> & NO:S
p%+uv\Ix
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: `swf~
private void InitMediaType() =6N%;2`84
{ i`}nv,
cbbMediaType.Items.Clear(); R8U?s/*
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) g*nh8
{ p#eai
cbbMediaType.Item.Add(key); B5iVT<:a
} wZ_k]{J
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; QC+K:jL
} eJ3w}"?9s
,J3s1 ]~^
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: <.yL&$9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @1UC9}>
{ ~Kr_[X:d5
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Nhnw'9
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 7"c^$fj
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; PfRe)JuB
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ~ojH$=K>d
factoryDllName).Unwrap(); D|`I"N[<
IMedia media = factory.CreateMedia(); :QV-!
media.Play(); JXKqQxZ[X
} Po%+:0oX
4`x.d
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。 'Xl_,;W]
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: _1s\ztDpw
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 DNP%]{J
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!