《讓僵冷的翅膀飛起來》系列之一——從實例談OOP、工廠模式和重構


文章出處:http://www.cnblogs.com/wayfarer/articles/70453.html

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。

為了更好的理解設計思想,實例盡可能簡單化。但隨着需求的增加,程序將越來越復雜。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。最后當設計漸趨完美后,你會發現,即使需求不斷增加,你也可以神清氣閑,不用為代碼設計而煩惱了。

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。因為它根本沒有為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,那么當你為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,然后讓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。那么是這樣嗎?
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,你已經知道怎么建立對象了。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為了統一的Play()方法。你在后面的設計中,會發現這樣改名是多么的關鍵!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,為什么不為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。得意之余,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,將其改為抽象類。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系,同時又保證了類的最小化原則,更利於擴展(到這里,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?然后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。因為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,因為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。因為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。你需要為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。因為你要播放的RM文件並不是AudioMedia的子類。

不過不用着急,因為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#里只支持類的單繼承)。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,盡量避免將具體類對象作為傳遞參數,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,我在這里玩了一個詭計,將switch語句延后了。雖然在MediaPlayer中,代碼顯得干凈利落,其實煩惱只不過是轉嫁到了MediaPlayer的調用者那里。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,然后單擊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),但它們同時又都實現IMedia接口,所以我們可以將其視為一種產品,用工廠方法模式就可以了。首先是工廠接口:
public interface IMediaFactory
{
       IMedia CreateMedia();
}

然后為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;

寫到這里,也許有人會問,為什么不直接給AudioMedia和VideoMedia類搭建工廠呢?很簡單,因為在AudioMedia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Switch語句。而且既然這兩個類都實現了IMedia接口,可以認為是一種類型,為什么還要那么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,那么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,我還有最后一招殺手鐧沒有使出來,到后面你會發現,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范疇了。

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());
}

寫到這里,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。如果是作為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后,在里面使用MediaPlayer類已經多余了。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余代碼。
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,在這里你應該已經明白了。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。使用接口有什么好處?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里復活,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,然后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>

然后,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;
}

最后,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為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。那么,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為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!

本文示例源代碼,請點擊這里下載。 

《讓僵冷的翅膀飛起來》系列之二——從實例談Adapter模式

《讓僵冷的翅膀飛起來》系列之三——從Adapter模式到Decorator模式

文章出處:http://www.cnblogs.com/wayfarer/articles/70453.html

 

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