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编程思想┊从实例谈面向对象编程(OOP)、工厂模式和重构

 编程开发   2006-08-29
编程思想┊从实例谈面向对象编程(OOP)、工厂模式和重构

有了翅膀才能飞,欠缺灵活的代码就象冻坏了翅膀的鸟儿。不能飞翔,就少了几许灵动的气韵。我们需要给代码带去温暖的阳光,让僵冷的翅膀重新飞起来。结合实例,通过应用OOP、设计模式和重构,你会看到代码是怎样一步一步复活的。

为了更好的理解设计思想,实例尽可能简单化。但随着需求的增加,程序将越来越复杂。此时就有修改设计的必要,重构和设计模式就可以派上用场了。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气闲,不用为代码设计而烦恼了。

假定我们要设计一个媒体播放器。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。如果不谈设计,设计出来的播放器可能很简单:
public class MediaPlayer
{  
   private void PlayMp3()
   {
      MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
   }

   private void PlayWav()
   {
      MessageBox.Show("Play the wav file.");
   }

   public void Play(string audioType)
   {      
      switch (audioType.ToLower())
      {
          case ("mp3"):
             PlayMp3();
             break;
          case ("wav"):
             PlayWav();
             break;            
      }      
   }
}

自然,你会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。如果你的设计结果是这样,那么当你为应接不暇的需求变更而焦头烂额的时候,你可能更希望让这份设计到它应该去的地方,就是桌面的回收站。仔细分析这段代码,它其实是一种最古老的面向结构的设计。如果你要播放的不仅仅是 mp3和wav,你会不断地增加相应地播放方法,然后让switch子句越来越长,直至达到你视线看不到的地步。

好吧,我们先来体验对象的精神。根据OOP的思想,我们应该把mp3和wav看作是一个独立的对象。那么是这样吗?
public class MP3
{
   public void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
   }
}

public class WAV
{
   public void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the wav file.");
   }
}

好样的,你已经知道怎么建立对象了。更可喜的是,你在不知不觉中应用了重构的方法,把原来那个垃圾设计中的方法名字改为了统一的Play()方法。你在后面的设计中,会发现这样改名是多么的关键!但似乎你并没有击中要害,以现在的方式去更改MediaPlayer的代码,实质并没有多大的变化。

既然mp3和wav都属于音频文件,他们都具有音频文件的共性,为什么不为它们建立一个共同的父类呢?
public class AudioMedia
{
   public void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
   }
}

现在我们引入了继承的思想,OOP也算是象模象样了。得意之余,还是认真分析现实世界吧。其实在现实生活中,我们播放的只会是某种具体类型的音频文件,因此这个AudioMedia类并没有实际使用的情况。对应在设计中,就是:这个类永远不会被实例化。所以,还得动一下手术,将其改为抽象类。好了,现在的代码有点OOP的感觉了:
public abstract class AudioMedia
{
   public abstract void Play();
}

public class MP3:AudioMedia
{
   public override void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
   }
}

public class WAV:AudioMedia
{
   public override void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the wav file.");
   }
}

public class MediaPlayer
{  
   public void Play(AudioMedia media)
   {      
       media.Play();
   }
}

看看现在的设计,即满足了类之间的层次关系,同时又保证了类的最小化原则,更利于扩展(到这里,你会发现play方法名改得多有必要)。即使你现在又增加了对WMA文件的播放,只需要设计WMA类,并继承AudioMedia,重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用改变。

是不是到此就该画上圆满的句号呢?然后刁钻的客户是永远不会满足的,他们在抱怨这个媒体播放器了。因为他们不想在看足球比赛的时候,只听到主持人的解说,他们更渴望看到足球明星在球场奔跑的英姿。也就是说,他们希望你的媒体播放器能够支持视频文件。你又该痛苦了,因为在更改硬件设计的同时,原来的软件设计结构似乎出了问题。因为视频文件和音频文件有很多不同的地方,你可不能偷懒,让视频文件对象认音频文件作父亲啊。你需要为视频文件设计另外的类对象了,假设我们支持RM和MPEG格式的视频:
public abstract class VideoMedia
{
   public abstract void Play();
}

public class RM:VideoMedia
{
   public override void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the rm file.");
   }
}

public class MPEG:VideoMedia
{
   public override void Play()
   {
       MessageBox.Show("Play the mpeg file.");
   }
}

糟糕的是,你不能一劳永逸地享受原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的RM文件并不是AudioMedia的子类。

不过不用着急,因为接口这个利器你还没有用上(虽然你也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承)。虽然视频和音频格式不同,别忘了,他们都是媒体中的一种,很多时候,他们有许多相似的功能,比如播放。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:
public interface IMedia
{
   void Play();
}

public abstract class AudioMedia:IMedia
{
   public abstract void Play();
}

public abstract class VideoMedia:IMedia
{
   public abstract void Play();
}

再更改一下MediaPlayer的设计就OK了:
public class MediaPlayer
{  
   public void Play(IMedia media)
   {      
       media.Play();
   }
}

现在可以总结一下,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,这样可以提高代码的灵活性。

不过,事情并没有完。虽然一切看起来都很完美了,但我们忽略了这个事实,就是忘记了MediaPlayer的调用者。还记得文章最开始的switch语句吗?看起来我们已经非常漂亮地除掉了这个烦恼。事实上,我在这里玩了一个诡计,将switch语句延后了。虽然在MediaPlayer中,代码显得干净利落,其实烦恼只不过是转嫁到了MediaPlayer的调用者那里。例如,在主程序界面中:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
    switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
    {
        IMedia media;
        case ("mp3"):
             media = new MP3();
             break;
        case ("wav"):
             media = new WAV();
             break;  
        //其它类型略;
    }
    MediaPlayer player = new MediaPlayer();
    player.Play(media);
}

用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放哪一种文件,然后单击Play按钮执行。

现在该设计模式粉墨登场了,这种根据不同情况创建不同类型的方式,工厂模式是最拿手的。先看看我们的工厂需要生产哪些产品呢?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,用工厂方法模式就可以了。首先是工厂接口:
public interface IMediaFactory
{
   IMedia CreateMedia();
}

然后为每种媒体文件对象搭建一个工厂,并统一实现工厂接口:

public class MP3MediaFactory:IMediaFactory
{
   public IMedia CreateMedia()
   {
       return new MP3();
   }
}
public class RMMediaFactory:IMediaFactory
{
   public IMedia CreateMedia()
   {
       return new RM();
   }
}

//其它工厂略;

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Switch语句。而且既然这两个类都实现了IMedia接口,可以认为是一种类型,为什么还要那么麻烦去请动抽象工厂模式,来生成两类产品呢?

可能还会有人问,即使你使用这种方式,那么在判断具体创建哪个工厂的时候,不是也要用到switch语句吗?我承认这种看法是对的。不过使用工厂模式,其直接好处并非是要解决 switch语句的难题,而是要延迟对象的生成,以保证的代码的灵活性。当然,我还有最后一招杀手锏没有使出来,到后面你会发现,switch语句其实会完全消失。

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更简单?对于本文提到的需求,我想你是对的,但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在区别。例如音频文件只需要提供给声卡的接口,而视频文件还需要提供给显卡的接口。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。当然这已经不包括在本文的范畴了。

现在主程序界面发生了稍许的改变:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
    switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
    {
        case ("mp3"):
             factory = new MP3MediaFactory();
             break;
        case ("wav"):
             factory = new WAVMediaFactory();
             break;  
        //其他类型略;
    }
    MediaPlayer player = new MediaPlayer();
    player.Play(factory.CreateMedia());
}

写到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中,实现了Play方法,并根据传递的参数,调用相应媒体文件的Play方法。在没有工厂对象的时候,看起来这个类对象运行得很好。如果是作为一个类库或组件设计者来看,他提供了这样一个接口,供主界面程序员调用。然而在引入工厂模式后,在里面使用MediaPlayer类已经多余了。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。

Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
    switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
    {        
        case ("mp3"):
             factory = new MP3MediaFactory();
             break;
        case ("wav"):
             factory = new WAVMediaFactory();
             break;  
        //其他类型略;
    }
    IMedia media = factory.CreateMedia();
    media.Play();
}

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。我们在工厂中用到了该接口;而在主程序中,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,你的主程序是不用改动的。

不过,现在看起来,这个不用改动主程序的理想,依然没有完成。看到了吗?在BtnPlay_Click()中,依然用new创建了一些具体类的实例。如果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,仍然需要改变主程序,何况讨厌的switch语句仍然存在,它好像是翅膀上滋生的毒瘤,提示我们,虽然翅膀已经从僵冷的世界里复活,但这双翅膀还是有病的,并不能正常地飞翔。

是使用配置文件的时候了。我们可以把每种媒体文件类类型的相应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来完成。首先,创建配置文件:


  
  
  
  

然后,在主程序界面的Form_Load事件中,读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件:
public void Form_Load(object sender, EventArgs e)
{
cbbMediaType.Items.Clear();
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
{
   cbbMediaType.Item.Add(key);
}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
}

最后,更改主程序的Play按钮单击事件:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance("MediaLibrary",factoryDllName).Unwrap ();//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}

现在鸟儿的翅膀不仅仅复活,有了可以飞的能力;同时我们还赋予这双翅膀更强的功能,它可以飞得更高,飞得更远!

享受自由飞翔的惬意吧。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,并实现 IMedia接口,同时继承VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIMediaFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为WingProject.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行:

而主程序呢?根本不需要做任何改变,甚至不用重新编译,这双翅膀照样可以自如地飞行!

  • 读罢此文让人[film]受益匪浅呀!
    —————————–
    < X-Force 温馨回复 ^_^ > 是呀。。。我正好也是这方面的工作。。Java的一些开发模式太爽了!

    8 10
     
  • 恩,, ,,不错,,学习啊!

    9 10
     
  • 真是慨叹,这整篇都是楼主你一个个字打出来的吗??
    如果是的话,你怎么那么闲呀,要打出来,还要整理,另外,还要考虑,这搞下来一篇要多少时间呀。
    —————————–
    < X-Force 温馨回复 ^_^ > 呵呵。。。

    7 10
     
  • 对 ,学习了,才学刚刚起步。。在书看到也是这样。。谢谢了。。。。
    多多学习

    6 10
     
  • 恩,不错!
    我正在学习java,呵呵 !
    对我蛮有用的!
    支持!
    希望有更多的文章!
    呵呵

    10 10
     
  • 讲得真好.

    ps:内容好像有重复部分,Ctrl+F搜”假定我们要设计一个媒体播放器”能找到两处~

    9 10
     
    • 的确,已经修正了,谢谢提醒……

      10 10
       
  • 贾君鹏来过。

    7 10
     
  • 真是受益匪浅!

    9 10
     
  • 受益匪浅那~~

    9 10
     
  • 讲的挺深刻。。
    在java中我们可以以下方法来代替switch
    Class c = Class.forName(mediaType);//其中mediaType为对象工厂的完整路径名(包名.类名)

    factory =(MediaFactory) c.newInstance();//创建实例
    这样我们就实现了动态生成所须对象

    7 10
     
  • 讲的好,很通俗易懂,这网站里资源都很好,很喜欢

    6 10
     
  • 手高啊

    9 10
     
  • 异次元世界的站长X可真厉害啊。不仅要管理这么漂亮的站点,还要工作~~~

    10 10
     
  • 不错。。我也是学这个的。。。循序渐进对于新手来说很重要。
    我觉得对于播放器进行分析,需要那些类和方法然后在构建才是不叫正确的。
    要花很多时间在设计上

    10 10
     
  • 这个有点框架底层的思想了,想想spring,在结合楼主的文章,一通百通啊,顶楼主了

    8 10
     
  • AS的语法

    6 10
     
  • 好想把这些东西都学好阿~~

    7 10
     
  • 嗯,用实例来说明“面向对象程序设计”这种思想比较直观,比枯燥的马哲文字通俗多了
    如果在加上有FLASH示意图之类的,那就完美了
    楼主也是计算机专业的吗
    在下在学编程,目前学的是C++,准备须JAVA了
    方便的话,留个联系方式好吗,还有很多疑问想请教您呢 O(∩_∩)O~

    9 10
     
  • 什么东西啊?
    {Class c = Class.forName(mediaType);//其中mediaType为对象工厂的完整路径名(包名.类名)
    factory =(MediaFactory) c.newInstance();//创建实例}
    这些都是什么啊!这么多的英文!不会英文能学会什么C++ 和 Java吗?

    8 10
     
  • 看过

    7 10
     
  • 学习哈

    6 10
     
  • 高手~~~借鉴借鉴~~~

    6 10
     
  • 真不容易啊。你可以看一下 Dispatch Tables

    10 10
     
  • Thx BZ。Mark下然后之后再来消化下。

    8 10
     
  • 不解释
    直接膜拜
    太强大了
    请允许我讲脏话,草,太给力了,解开了我学习JAVA以来一个最大的疑团。
    今天老师刚讲Spring,看了这篇文章,了结了Spring到底是干嘛用的。

    8 10
     
  • 多遍拜读,想想现在的学生真幸福啊,老人了,感觉还是没有吃透啊!

    10 10
     
  • 楼主真牛呀,膜拜,我现在对编程思想这方面还没有入门,虽然现在还没有完全了解这个逻辑,但是一定会继续努力,争取看懂它的,谢谢楼主了。

    10 10
     
  • 嗯,谢谢指教。

    我这里看不到关于配置文件的内容,这是有意为之的么?

    8 10
     
  • 楼主啊, 讲到配置文件哪里的时候,看不见,非常不错,学习了,收藏了

    8 10
     
  • 期待跟多 经典编程分析美文

    6 10
     
  • Nice!受教了

    7 10
     
  • 正可以指导我做自己的第一个大程序

    9 10
     
  • 配置文件的内容看不了。。。

    10 10
     





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