面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 2gM=vaiH=
V]I@&*O~r
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。 Gl8D
GELl;
一、传统过程化设计思想 <vMna< /d
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: K$v
SdpC
public class MediaPlayer rEz-\jLD~
{ +8qtFog$\g
private void PlayMp3() o6`4y^Q{/
{ c%1k'Q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @}[ >*Xy%
} Mx9#YJ?t~
PWeCk2 xH
private void PlayWav() sF9{(Us
{ x/~qyX8vo
MessageBox.Show("Play the wav file."); cUW>`F(S
} _)|_KQQu
BGM5pc (ei
public void Play(string audioType) .*XELP=BT
{ EUBJnf:q
switch (audioType.ToLower()) CTawXHM
{ Q{%2Npvq
case ("mp3"): dRwOt
PlayMp3(); @z
$,KUH
break; GX2aV6}
case ("wav"): 48%-lkol)
PlayWav(); WgHl.
:R
break; m$N`Xj
} wq yw#)S
} @ig'CF%(
} \s_lB~"P!3
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。 rJLn=|uR
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。 3V=(P.A Tm
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! A:|dY^,:?*
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。 c:#<g/-{wM
二、面向对象设计思想 b#ga
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! bVfFhfh*
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: e^v5ai
public class MP3 5mzOr4*0
{ ]U[y3
public void Play() %=p:\+`VI
{ s
P=$>@3
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); BR&T,x/d
} ]5(T{
} _#[~?g`
8:#\g
public class WAV pe^hOzVv
{ \YUl$d0
public void Play() )m8ve)l
{ [3$L}m
MessageBox.Show("Play the wav file."); <//82j+px
} jA'qXc+\
} mL5 Nu+#
j
/d?c5
Public class MediaPlayer (PVK|Q55y
{ vjo@aY.x
switch (audioType.ToLower()) j^4KczJl
{ zk6al$3R
case ("mp3"): )1CYs4lp
MP3 m = new MP3(); )"( ojh
m.Play(); 6yDj1PI
break; ,m4M39MWJ
case ("wav"): JA]TO(x
WAV w = new WAV(); $}&r.=J".
w.Play(); cnJL*{H<2
break; }iGpuoXT`
} $qz(9M(m#
} -dRnozs6W
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。 @ P:b\WCI
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) IE;Fu67wi
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。 9NUft8QB
public class AudioMedia \R"} =7
{ Lj]I7ICNh
public void Play() .&z/p3 1
{ T6/d[SH>
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); T >pz/7gb
} 8]SJ=c"}Xf
} $? 'JePC
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 '*4>&V.yX
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Iw07P2
public abstract class AudioMedia i4sd29v
{ D8S?xK 7[
public abstract void Play(); @.rVg XE=!
} ]lBe
~*R:UTBtw
public class MP3:AudioMedia _:RQ9x'
{ gK&MdF*
public override void Play() ,(1n(FZ
{ !yUn|v>&p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); )7X+T'?%
} B: '}SA{
} ~Onj|w7
72i]`
public class WAV:AudioMedia -|1H-[Y(
{ ]YQ!i@Y
public override void Play() f+}Rj0A
{ ;HKb
MessageBox.Show("Play the wav file."); } kNbqwVP
} ]mfI$p%
} M lv
O~p@87aq
public class MediaPlayer Z.Otci> J
{ {c
82bFiv
//根据需要完成任务的单向分派 C]X:@^Hy
public void Play(AudioMedia media) ^A&i$RRO
{ jwP}{mi*
media.Play(); {"^LUw8fd
} q+j.)e
} g]fds Zv
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 fPW|)e"
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ujlIWQU2mo
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: Mz?xvP?z
public abstract class VideoMedia fG *1A\t]
{ qcNu9Ih
public abstract void Play(); Ou26QoT9XI
} i146@<\G{P
L9lN AiOH
public class RM:VideoMedia |*G$ilu
{ )+Nm@+B
public override void Play() ?MW*`U
{ 0XkLWl|k
MessageBox.Show("Play the rm file."); S]Y3nI
} TT85G
} {2A| F{7>
Vxr_2Kra
public class MPEG:VideoMedia %i!=.7o.
{ uTWij4)a
public override void Play() 0Q>yv;M
{ @ij8AGE:
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); u~uR:E%'C
} ZWtlO P#]
} [lU0TDq
MD"a%H#p
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。 bF 85T(G
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: .=~-sj@k
"mbjS(-eg
public interface IMedia }NH\Q$ IU
{ fXL&?~fS
void Play(); Q|gw\.]$&[
} X@["Jjp
Z+gG.|"k
public abstract class AudioMedia:IMedia aEO`` W
{ 3?}\Hw
public abstract void Play(); ?g~w6|U(r
} v$WH#;(\
FnZMW, P
public abstract class VideoMedia:IMedia %OV)O -
{ +vDEDOS1
public abstract void Play(); N7wKaezE
} dy}O6
Qb N7sg~~
这样再更改MediaPlayer类的代码: 0mb|JoE(
public class MediaPlayer tny^sG/'
{
L+=pEk_
public void Play(IMedia media) O_E\(So
{ 0xN1Xm0d
media.Play(); W[$GB_A)
} =DL
|Q
} :
\{>+!`w
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 =7e|e6
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 4 !q4WQ ;
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 ?cZ#0U
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 0P+B-K>n
{ 5W Z9z-6
IMedia media = null; nDFF,ge;a#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ms(Z1ix^
{ p{V_}:|=Q
case ("mp3"): L~Hl?bK
media = new MP3(); Y:x,pPyl
break; x)]_]_vX
//其它类型略; ytmFe !
case ("rm"): !1X^lFf;~
media = new RM(); 5PcN$r"P
break; KTmduf7DL
//其它类型略; XEUy,>mR
} S-5|t]LV
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); $ ]fautQlt
player.Play(media); GKk>;X-
} 96VJE,^h
RaT_5P H~g
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 hja;d1yH
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。 y^ij u(
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。 LH@xr\^
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。 Z$X[x7e.
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: x;w^&<hQ\
public interface IMediaFactory G*`H2-,
{ ,Ky-3p>
IMedia CreateMedia(); f%g^6[
} =V[ey
2 &(w\#'
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 8V08>M
public class MP3Factory:IMediaFactory 8Qo~zO
{ nt5x[xa
public IMedia CreateMedia() m|CB')
{ Qf'%".*=~8
return new MP3(); <=yqV]JR
} &az
:YTq
} t_+Xt$Q7C
//其它工厂略; ='\Di '*
+L]$M)*0&
public class RMFactory:IMediaFactory TV['"'D&i
{ cu@i;Hb@
public IMedia CreateMedia() b3vPGR
{ w nPg ).
return new RM(); 1KI,/ H"SY
} ~{xm(p
} Dp8`O4YC
//其它工厂略; p'fD:M:
J%
b`*?A
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 #Bih=A
#
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: )tD[Ffvr
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^p}S5,
{ Q ,`R-?v
IMediaFactory factory = null; oPbxe
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) [bK5q;#U4
{ } 5nVZ;
//音频媒体 j-CSf(qIj
case ("mp3"): v0 3
factory = new MP3Factory(); ^'Z?BK
break; O/N@Gz[g%
//视频媒体 V~~4<?=A
case ("rm"): >Av[`1a2F
factory = new RMFactory(); J}{a&3@Hm
break; B(zcoWQ*B
//其他类型略; GdlzpBl
} h,palP6^
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 89kxRH\IhG
player.Play(factory.CreateMedia()); j{`C|zg
} }j_2K1NS{
KT9!R
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 *Bm7>g6
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: C@ns`Eh8w
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) BB .^[:,dA
{ ~Q3y3,x
IMediaFactory factory = null; V9 J`LQ\0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d$?sS9"8(
{ oR1HJ2>Z1
case ("mp3"): %Ums'<xJ
factory = new MP3Factory(); e6(Pw20)s
break; K!cLEG!G
//其他类型略; ;WqWD-C
case ("rm"): vUNmN2pRJ
factory = new RMFactory(); Nj^:8]D)0
break; m8:9Uv
//其他类型略; *pP&$!bH%
} 3%0ShMFP@
IMedia media = factory.CreateMedia(); {~y,.[Ga
media.Play(); %RS~>pK1
} ER'zjI>t@
bgNN0,+8
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。 |({ M8!BS
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。 qrw"z
iW
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。 ih[!v"bv
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: $.0l% $ 7
Pqtk1=U
<appSettings> p3q
>a<
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Fs}vI~}
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> MKPw;@-
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> pFW^
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ! !we4tWq
</appSettings> -H+<81"B#
dW4FMm>|
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: p "Cxe
private void InitMediaType() R?E< }\!
{ Xk]:]pl4W
cbbMediaType.Items.Clear(); /]@1IC{Lk
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) Q/2(qD; u
{ 5nA
*'($j
cbbMediaType.Item.Add(key); *)|EWT?,
} IBn+42V
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Hdxon@,+cd
} jY|fP!?[
m5'nqy F
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: }9FAM@x1K&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) iS@+qWo1
{ sPxDo?1x-
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); U{[ g"_+~
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); ^OZ*L e
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; E8LZ%
N#
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, xRp;y*
factoryDllName).Unwrap(); 4F=cER6l
IMedia media = factory.CreateMedia(); J4l\
media.Play(); vS1#ien#
} 02RZ>m+
CUI\:a-
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。 K4w#}gzok
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: N7l`-y
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 <uKd)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!