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面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)（OOD）思想（C#）
有了思想才能飛翔，缺乏靈活就象少了輪子的汽車，難以飛奔。為了更好的理解設(shè)計(jì)思想，結(jié)合一個(gè)盡可能簡潔的實(shí)例來說明OOD、設(shè)計(jì)模式及重構(gòu)。通過下面的代碼，詳細(xì)地闡述面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想。
一、傳統(tǒng)過程化設(shè)計(jì)思想
假定我們要設(shè)計(jì)一個(gè)媒體播放器（只從軟件設(shè)計(jì)的角度，不涉及硬件）。該媒體播放器目前只支持音頻文件mp3和wav。按照結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出來的播放器的代碼如下：
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;
}
}
}
從傳統(tǒng)的過程化設(shè)計(jì)思想來看，這是一段既實(shí)用又簡潔的代碼。
如果，客戶又提出新的要求：要播放器不僅僅播放mp3和wav文件，還要播放其他音頻文件如wma、mp4等，為此我們要不斷地增加相應(yīng)地播放方法和修改條件語句，直止條件語句足夠長。
如果，客戶感到這個(gè)媒體播放器功能太少了，只能聞其聲，不能見其人，太單一。如果在聽著優(yōu)美音樂的同時(shí)又能看到歌唱者瀟灑、英俊的舞姿那就更好了。從代碼設(shè)計(jì)的角度看，他們希望媒體播放器支持視頻文件了。也許你會(huì)想，不會(huì)再增加視頻這方面的代碼，可以，在增加視頻媒體的播放方法，在修改條件判斷語句，如果還有其他，還可以同樣地增加、修改。到此你也許會(huì)提出，要是不修改或很少修改原來的代碼就能增添其他功能該多好啊！
這樣看，原來的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)似乎有點(diǎn)問題。事實(shí)上，隨著功能的不斷增加，你越來越發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)非常的糟糕，因?yàn)樗緵]有為未來的需求變更提供最起碼的擴(kuò)展。為了應(yīng)接不暇的變更需求，你不得不不厭其煩地修改原來的代碼，使其適應(yīng)需求變化，甚至在修改代碼時(shí)，由于過多的代碼依賴關(guān)系弄得人焦頭爛額，直止一塌糊涂。
二、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想
還是以設(shè)計(jì)一個(gè)媒體播放器為例，設(shè)計(jì)要求相同。不訪我們換個(gè)設(shè)計(jì)思路利用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想（OOD）來做做看如何！
根據(jù)OOD的思想，我們應(yīng)該把mp3和wav分別看作是兩個(gè)獨(dú)立的對(duì)象。代碼設(shè)計(jì)如下：
public class MP3
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
}
}
public class WAV
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the wav file.");
}
}
Public class MediaPlayer
{
switch (audioType.ToLower())
{
case ("mp3"):
MP3 m = new MP3();
m.Play();
break;
case ("wav"):
WAV w = new WAV();
w.Play();
break;
}
}
現(xiàn)在我們重構(gòu)代碼，建立統(tǒng)一的Play()方法，（在后面的設(shè)計(jì)中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣改名是多么的重要！）更改媒體播放類MediaPlayer的代碼。如果這樣的設(shè)計(jì)代碼，實(shí)質(zhì)上沒有多大的變化，只是對(duì)原來過程化設(shè)計(jì)思想的一種替代，并沒有擊中要害，亦然沒有靈活性、可擴(kuò)展性。
2.1單向分派技術(shù)的應(yīng)用(在這里用類的多態(tài)來實(shí)現(xiàn)的)
我們不訪這樣設(shè)想：既然mp3和wav都屬于音頻文件，都具有音頻文件的共性，應(yīng)該建立一個(gè)共同的AudioMedia父類。
public class AudioMedia
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
}
}
現(xiàn)在引入繼承思想，OOD就有點(diǎn)雛形了（不是說有了繼承就有了OOD思想，這里只是從繼承的角度談一談OOD思想，當(dāng)然從其他角度如合成、聚合等角度也能很好地體現(xiàn)OOD思想）。
其實(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中，我們的播放器播放的只能是某種具體類型的音頻文件如mp3，因此這個(gè)AudioMedia類只能是音頻媒體的一個(gè)抽象化概念，并沒有實(shí)際的使用情況。對(duì)應(yīng)在OOD設(shè)計(jì)中，既這個(gè)類永遠(yuǎn)不會(huì)被實(shí)例化。為此我們應(yīng)將其改為抽象類，如下：
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
{
//根據(jù)需要完成任務(wù)的單向分派
public void Play(AudioMedia media)
{
media.Play();
}
}
到此，我們通過單向分派技術(shù)使OOD思想得到進(jìn)一步的體現(xiàn)。現(xiàn)在的設(shè)計(jì)，即滿足了類之間的層次關(guān)系，又保證了類的最小化原則，同時(shí)又體現(xiàn)了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則（開—閉原則、里氏代換原則）更利于擴(kuò)展。（止此，你會(huì)發(fā)現(xiàn)play方法名的更改是多么必要）。
如果現(xiàn)在又增加了對(duì)WMA、MP4等音頻文件的播放，只需要設(shè)計(jì)WMA類，MP4類，并繼承AudioMedia，在相應(yīng)的子類中重寫Play方法就可以了，MediaPlayer類對(duì)象的Play方法根本不用任何改變。
如果讓媒體播放器能夠支持視頻文件，必須另外設(shè)計(jì)視頻媒體的類。因視頻文件和音頻文件有很多不同的地方，不可能讓視頻繼承音頻。假設(shè)我們播放器支持RM和MPEG格式的視頻。視頻類代碼如下：
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.");
}
}
這樣設(shè)計(jì)還是有點(diǎn)糟糕，這樣就無法實(shí)用原有的MediaPlayer類了。因?yàn)槟阋シ诺囊曨lRM文件并不是音頻媒體AudioMedia的子類。
不過，我們可以這樣想，無論音頻媒體還是視頻媒體都是媒體，有很多相似的功能，如播放、暫停、停止等，為此我們把“媒體”這個(gè)概念抽象出來做為一個(gè)接口。（雖然也可以用抽象類，但在C#里只支持類的單繼承，不過c#支持接口的多繼承）。根據(jù)接口的定義，你完全可以將相同功能的一系列對(duì)象實(shí)現(xiàn)同一個(gè)接口。讓音頻媒體類及視頻媒體類都繼承媒體這個(gè)接口。代碼如下：
public interface IMedia
{
void Play();
}
public abstract class AudioMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}
public abstract class VideoMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}
這樣再更改MediaPlayer類的代碼：
public class MediaPlayer
{
public void Play(IMedia media)
{
media.Play();
}
}
現(xiàn)在看來，程序是不是有很大的靈活性和可擴(kuò)展性了。
總結(jié)一下，從MediaPlayer類的演變，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：在調(diào)用類對(duì)象的屬性和方法時(shí)，盡量避免將具體類對(duì)象作為傳遞參數(shù)，而應(yīng)傳遞其抽象對(duì)象，更好地是傳遞接口，將實(shí)際的調(diào)用和具體對(duì)象完全剝離開，這樣可以很好地體現(xiàn)了軟件工程的靈活性、擴(kuò)展性。
現(xiàn)在看起來似乎很完美了，但我們忽略了MediaPlayer的調(diào)用者這個(gè)事實(shí)。仍然需要條件語句來實(shí)現(xiàn)。例如，在客戶端程序代碼中，用戶通過選擇cbbMediaType組合框的選項(xiàng)，決定播放音頻媒體還是視頻媒體，然后單擊Play按鈕執(zhí)行。
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMedia media = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
media = new MP3();
break;
//其它類型略;
case ("rm"):
media = new RM();
break;
//其它類型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(media);
}
2.2設(shè)計(jì)模式、條件外置及反射技術(shù)的應(yīng)用
隨著需求的增加，程序?qū)?huì)越來越復(fù)雜。此時(shí)就應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)思想，充分考慮到代碼的重構(gòu)和設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用。最后當(dāng)設(shè)計(jì)漸趨完美后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使需求不斷增加，你也可以神清氣爽，不用為代碼設(shè)計(jì)而煩惱了。
為了實(shí)現(xiàn)軟件工程的三個(gè)主要目標(biāo)：重用性、靈活性和擴(kuò)展性。我們不訪用設(shè)計(jì)模式、條件外置及反射來實(shí)現(xiàn)。
使用工廠模式，能夠很好地根據(jù)需要，調(diào)用不同的對(duì)象（即動(dòng)態(tài)調(diào)用），保證了代碼的靈活性。
雖然這里有兩種不同類型的媒體AudioMedia和VideoMedia（以后可能更多），但它們同時(shí)又都實(shí)現(xiàn)IMedia接口，所以我們可以將其視為一種產(chǎn)品。媒體工廠接口如下：
public interface IMediaFactory
{
IMedia CreateMedia();
}
然后為具體的媒體文件對(duì)象搭建工廠，并統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)媒體工廠接口：
public class MP3Factory:IMediaFactory
{
public IMedia CreateMedia()
{
return new MP3();
}
}
//其它工廠略；
public class RMFactory:IMediaFactory
{
public IMedia CreateMedia()
{
return new RM();
}
}
//其它工廠略；
寫到這里，也許有人會(huì)問，為什么不直接給AudioMedia和VideoMedia類搭建工廠呢？很簡單，因?yàn)樵贏udioMedia和VideoMedia中，分別還有不同的類型派生，如果為它們搭建工廠，則在CreateMedia()方法中，仍然要使用條件判斷語句，代碼缺乏靈活性，不利擴(kuò)展。
還有一個(gè)問題，就是真的有必要實(shí)現(xiàn)AudioMedia和VideoMedia兩個(gè)抽象類嗎？讓其子類直接實(shí)現(xiàn)接口不是更簡單？對(duì)于本文提到的需求，是能實(shí)現(xiàn)的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它們還會(huì)存在其他區(qū)別，如音頻文件還需給聲卡提供接口，而視頻文件還需給顯卡提供接口。如果讓MP3、WAV、RM、MPEG直接實(shí)現(xiàn)IMedia接口，而不通過AudioMedia和VideoMedia，在滿足其它需求的設(shè)計(jì)上也是不合理的。現(xiàn)在客戶端程序代碼發(fā)生了稍許的改變：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
//音頻媒體
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//視頻媒體
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
break;
//其他類型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(factory.CreateMedia());
}
到這里，我們再回過頭來看MediaPlayer類。這個(gè)類中通過單向分派，根據(jù)傳遞參數(shù)的不同，分別實(shí)現(xiàn)了不同對(duì)象的Play方法。在不用工廠模式時(shí)，這個(gè)類對(duì)象會(huì)運(yùn)行得很好。作為一個(gè)類庫或組件設(shè)計(jì)者來看，他提供了一個(gè)不錯(cuò)的接口，供客戶端程序調(diào)用。
利用工廠模式后，現(xiàn)在看來MediaPlayer類已經(jīng)多余。所以，我們要記住的是，重構(gòu)并不僅僅是往原來的代碼添加新的內(nèi)容。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一些不必要的設(shè)計(jì)時(shí)，還需要果斷地刪掉這些冗余代碼。修改后的代碼如下：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//其他類型略；
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
break;
//其他類型略；
}
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}
如果你在最開始沒有體會(huì)到IMedia接口的好處，在這里你應(yīng)該已經(jīng)明白了。我們在工廠模式中用到了該接口；而在客戶端程序中，仍然要使用該接口。使用接口有什么好處？那就是你的主程序可以在沒有具體業(yè)務(wù)類的時(shí)候，同樣可以編譯通過。因此，即使你增加了新的業(yè)務(wù)，你的客戶端程序是不用改動(dòng)的。
不過，這樣寫客戶端代碼還是不夠理想的，依然不夠靈活，在判斷具體創(chuàng)建哪個(gè)工廠的時(shí)候，仍需條件判斷。現(xiàn)在看來，如果執(zhí)行者沒有完全和具體類分開，一旦更改了具體類的業(yè)務(wù)，例如增加了新的工廠類，仍然需要更改客戶端程序代碼。
我們可以通過反射技術(shù)、條件外置很好地做到客戶端的靈活性。
條件外置來實(shí)現(xiàn)，即通過應(yīng)用程序的配置文件來實(shí)現(xiàn)。我們可以把每種媒體文件類的類型信息放在配置文件中，然后根據(jù)配置文件來選擇創(chuàng)建具體的對(duì)象。并且，這種創(chuàng)建對(duì)象的方法將使用反射技術(shù)來完成。首先，創(chuàng)建配置文件：
<appSettings>
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" />
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" />
</appSettings>
然后，在客戶端程序代碼中，自定義一個(gè)初始化方法如：InitMediaType()，讀取配置文件的所有key值，填充cbbMediaType組合框控件中：
private void InitMediaType()
{
cbbMediaType.Items.Clear();
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
{
cbbMediaType.Item.Add(key);
}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
}
最后，更改客戶端程序的Play按鈕單擊事件：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
//MediaLibray為引用的媒體文件及工廠的程序集;
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”,
factoryDllName).Unwrap();
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}
這樣可以很好地體現(xiàn)了軟件工程的三個(gè)主要目標(biāo)：重用性、靈活性和擴(kuò)展性。
設(shè)想一下，如果我們要增加某種媒體文件的播放功能，如AVI文件。那么，我們只需要在原來的業(yè)務(wù)程序集中創(chuàng)建AVI類，繼承于VideoMedia類。另外在工廠業(yè)務(wù)中創(chuàng)建AVIFactory類，并實(shí)現(xiàn)IMediaFactory接口。假設(shè)這個(gè)新的工廠類型為MediaLiabrary.AVIFactory，則在配置文件中添加如下一行：
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
而客戶端程序呢？根本不需要做任何改變，甚至不用重新編譯，程序就能自如地運(yùn)行！
另：本文發(fā)布后有熱心的朋友提出，如果提供UML圖，那就更完美了，謝謝這位朋友的提醒。UML圖現(xiàn)補(bǔ)充如下
