從實例談OOP、工廠模式和重構

        有了翅膀才能飛,欠缺靈活的代碼就象凍壞了翅膀的鳥兒。不能飛翔,就少了幾許靈動的氣韻。我們需要給代碼帶去溫暖的陽光,讓僵冷的翅膀重新飛起來。結合實例,通過應用OOP、設計模式和重構,你會看到代碼是怎樣一步一步復活的。

 爲了更好的理解設計思想,實例儘可能簡單化。但隨着需求的增加,程序將越來越複雜。此時就有修改設計的必要,重構和設計模式就可以派上用場了。最後當設計漸趨完美后,你會發現,即使需求不斷增加,你也可以神清氣閒,不用爲代碼設計而煩惱了。

 假定我們要設計一個媒體播放器。該媒體播放器目前只支持音頻文件mp3和wav。如果不談設計,設計出來的播放器可能很簡單:

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,你會發現這個設計非常的糟糕。因爲它根本沒有爲未來的需求變更提供最起碼的擴展。如果你的設計結果是這樣,那麼當你爲應接不暇的需求變更而焦頭爛額的時候,你可能更希望讓這份設計到它應該去的地方,就是桌面的回收站。仔細分析這段代碼,它其實是一種最古老的面向結構的設計。如果你要播放的不僅僅是mp3和wav,你會不斷地增加相應地播放方法,然後讓switch子句越來越長,直至達到你視線看不到的地步。

 好吧,我們先來體驗對象的精神。根據OOP的思想,我們應該把mp3和wav看作是一個獨立的對象。那麼是這樣嗎?

 

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

}


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

}

 好樣的,你已經知道怎麼建立對象了。更可喜的是,你在不知不覺中應用了重構的方法,把原來那個垃圾設計中的方法名字改爲了統一的Play()方法。你在後面的設計中,會發現這樣改名是多麼的關鍵!但似乎你並沒有擊中要害,以現在的方式去更改MediaPlayer的代碼,實質並沒有多大的變化。

 既然mp3和wav都屬於音頻文件,他們都具有音頻文件的共性,爲什麼不爲它們建立一個共同的父類呢?

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

}
 

      現在我們引入了繼承的思想,OOP也算是象模象樣了。得意之餘,還是認真分析現實世界吧。其實在現實生活中,我們播放的只會是某種具體類型的音頻文件,因此這個AudioMedia類並沒有實際使用的情況。對應在設計中,就是:這個類永遠不會被實例化。所以,還得動一下手術,將其改爲抽象類。好了,現在的代碼有點OOP的感覺了:

 

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();
}

}

       看看現在的設計,即滿足了類之間的層次關係,同時又保證了類的最小化原則,更利於擴展(到這裏,你會發現play方法名改得多有必要)。即使你現在又增加了對WMA文件的播放,只需要設計WMA類,並繼承AudioMedia,重寫Play方法就可以了,MediaPlayer類對象的Play方法根本不用改變。

 是不是到此就該畫上圓滿的句號呢?然後刁鑽的客戶是永遠不會滿足的,他們在抱怨這個媒體播放器了。因爲他們不想在看足球比賽的時候,只聽到主持人的解說,他們更渴望看到足球明星在球場奔跑的英姿。也就是說,他們希望你的媒體播放器能夠支持視頻文件。你又該痛苦了,因爲在更改硬件設計的同時,原來的軟件設計結構似乎出了問題。因爲視頻文件和音頻文件有很多不同的地方,你可不能偷懶,讓視頻文件對象認音頻文件作父親啊。你需要爲視頻文件設計另外的類對象了,假設我們支持RM和MPEG格式的視頻:

 

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,你不能一勞永逸地享受原有的MediaPlayer類了。因爲你要播放的RM文件並不是AudioMedia的子類。

 不過不用着急,因爲接口這個利器你還沒有用上(雖然你也可以用抽象類,但在C#裏只支持類的單繼承)。雖然視頻和音頻格式不同,別忘了,他們都是媒體中的一種,很多時候,他們有許多相似的功能,比如播放。根據接口的定義,你完全可以將相同功能的一系列對象實現同一個接口:

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的設計就OK了:

public class MediaPlayer

public void Play(IMedia media)

media.Play();
}

}
 

         現在可以總結一下,從MediaPlayer類的演變,我們可以得出這樣一個結論:在調用類對象的屬性和方法時,儘量避免將具體類對象作爲傳遞參數,而應傳遞其抽象對象,更好地是傳遞接口,將實際的調用和具體對象完全剝離開,這樣可以提高代碼的靈活性。

 不過,事情並沒有完。雖然一切看起來都很完美了,但我們忽略了這個事實,就是忘記了MediaPlayer的調用者。還記得文章最開始的switch語句嗎?看起來我們已經非常漂亮地除掉了這個煩惱。事實上,我在這裏玩了一個詭計,將switch語句延後了。雖然在MediaPlayer中,代碼顯得乾淨利落,其實煩惱只不過是轉嫁到了MediaPlayer的調用者那裏。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
//其它類型略;
}

MediaPlayer player 
= new MediaPlayer();
player.Play(media);
}
 

        用戶通過選擇cbbMediaType組合框的選項,決定播放哪一種文件,然後單擊Play按鈕執行。

        現在該設計模式粉墨登場了,這種根據不同情況創建不同類型的方式,工廠模式是最拿手的。先看看我們的工廠需要生產哪些產品呢?雖然這裏有兩種不同類型的媒體AudioMedia和VideoMedia(以後可能更多),但它們同時又都實現IMedia接口,所以我們可以將其視爲一種產品,用工廠方法模式就可以了。首先是工廠接口:

public interface IMediaFactory
{
IMedia CreateMedia();
}
 

 然後爲每種媒體文件對象搭建一個工廠,並統一實現工廠接口:

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

}

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

}

//其它工廠略; 

         寫到這裏,也許有人會問,爲什麼不直接給AudioMedia和VideoMedia類搭建工廠呢?很簡單,因爲在AudioMedia和VideoMedia中,分別還有不同的類型派生,如果爲它們搭建工廠,則在CreateMedia()方法中,仍然要使用Switch語句。而且既然這兩個類都實現了IMedia接口,可以認爲是一種類型,爲什麼還要那麼麻煩去請動抽象工廠模式,來生成兩類產品呢?

 可能還會有人問,即使你使用這種方式,那麼在判斷具體創建哪個工廠的時候,不是也要用到switch語句嗎?我承認這種看法是對的。不過使用工廠模式,其直接好處並非是要解決switch語句的難題,而是要延遲對象的生成,以保證的代碼的靈活性。當然,我還有最後一招殺手鐗沒有使出來,到後面你會發現,switch語句其實會完全消失。

 還有一個問題,就是真的有必要實現AudioMedia和VideoMedia兩個抽象類嗎?讓其子類直接實現接口不更簡單?對於本文提到的需求,我想你是對的,但不排除AudioMedia和VideoMedia它們還會存在區別。例如音頻文件只需要提供給聲卡的接口,而視頻文件還需要提供給顯卡的接口。如果讓MP3、WAV、RM、MPEG直接實現IMedia接口,而不通過AudioMedia和VideoMedia,在滿足其它需求的設計上也是不合理的。當然這已經不包括在本文的範疇了。

 現在主程序界面發生了稍許的改變:

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
//其他類型略;
}

MediaPlayer player 
= new MediaPlayer();
player.Play(factory.CreateMedia());
}
 

         寫到這裏,我們再回過頭來看MediaPlayer類。這個類中,實現了Play方法,並根據傳遞的參數,調用相應媒體文件的Play方法。在沒有工廠對象的時候,看起來這個類對象運行得很好。如果是作爲一個類庫或組件設計者來看,他提供了這樣一個接口,供主界面程序員調用。然而在引入工廠模式後,在裏面使用MediaPlayer類已經多餘了。所以,我們要記住的是,重構並不僅僅是往原來的代碼添加新的內容。當我們發現一些不必要的設計時,還需要果斷地刪掉這些冗餘代碼。

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
//其他類型略;
}

IMedia media 
= factory.CreateMedia();
media.Play();
}
 

        如果你在最開始沒有體會到IMedia接口的好處,在這裏你應該已經明白了。我們在工廠中用到了該接口;而在主程序中,仍然要使用該接口。使用接口有什麼好處?那就是你的主程序可以在沒有具體業務類的時候,同樣可以編譯通過。因此,即使你增加了新的業務,你的主程序是不用改動的。

 不過,現在看起來,這個不用改動主程序的理想,依然沒有完成。看到了嗎?在BtnPlay_Click()中,依然用new創建了一些具體類的實例。如果沒有完全和具體類分開,一旦更改了具體類的業務,例如增加了新的工廠類,仍然需要改變主程序,何況討厭的switch語句仍然存在,它好像是翅膀上滋生的毒瘤,提示我們,雖然翅膀已經從僵冷的世界裏復活,但這雙翅膀還是有病的,並不能正常地飛翔。

 是使用配置文件的時候了。我們可以把每種媒體文件類類型的相應信息放在配置文件中,然後根據配置文件來選擇創建具體的對象。並且,這種創建對象的方法將使用反射來完成。首先,創建配置文件:

<appSettings>
<add key="mp3" value="WingProject.MP3Factory" />
<add key="wav" value="WingProject.WAVFactory" />
<add key="rm" value="WingProject.RMFactory" />
<add key="mpeg" value="WingProject.MPEGFactory" />
</appSettings>

 然後,在主程序界面的Form_Load事件中,讀取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType組合框控件:

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;
}

 最後,更改主程序的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();
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance("MediaLibrary",factoryDllName).Unwrap();//MediaLibray爲引用的媒體文件及工廠的程序集;
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}

 現在鳥兒的翅膀不僅僅復活,有了可以飛的能力;同時我們還賦予這雙翅膀更強的功能,它可以飛得更高,飛得更遠!

 享受自由飛翔的愜意吧。設想一下,如果我們要增加某種媒體文件的播放功能,如AVI文件。那麼,我們只需要在原來的業務程序集中創建AVI類,並實現IMedia接口,同時繼承VideoMedia類。另外在工廠業務中創建AVIMediaFactory類,並實現IMediaFactory接口。假設這個新的工廠類型爲WingProject.AVIFactory,則在配置文件中添加如下一行:

<add key="AVI" value="WingProject.AVIFactory" />

 而主程序呢?根本不需要做任何改變,甚至不用重新編譯,這雙翅膀照樣可以自如地飛行!


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