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从实例谈OOP、工厂模式和重构
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 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:

<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:

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

 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!

 

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