面向对象设计（OOD）思想（C#）
有了思想才能飞翔，缺乏灵活就象少了轮子的汽车，难以飞奔。为了更好的理解设计思想，结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码，详细地阐述面向对象设计思想。
一、传统过程化设计思想
假定我们要设计一个媒体播放器（只从软件设计的角度，不涉及硬件）。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想，设计出来的播放器的代码如下：
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;
}
}
}
从传统的过程化设计思想来看，这是一段既实用又简洁的代码。
如果，客户又提出新的要求：要播放器不仅仅播放mp3和wav文件，还要播放其他音频文件如wma、mp4等，为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句，直止条件语句足够长。
如果，客户感到这个媒体播放器功能太少了，只能闻其声，不能见其人，太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看，他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想，不会再增加视频这方面的代码，可以，在增加视频媒体的播放方法，在修改条件判断语句，如果还有其他，还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出，要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊！
这样看，原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上，随着功能的不断增加，你越来越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。为了应接不暇的变更需求，你不得不不厌其烦地修改原来的代码，使其适应需求变化，甚至在修改代码时，由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额，直止一塌糊涂。
二、面向对象设计思想
还是以设计一个媒体播放器为例，设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想（OOD）来做做看如何！
根据OOD的思想，我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下：
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;
}
}
现在我们重构代码，建立统一的Play()方法，（在后面的设计中，你会发现这样改名是多么的重要！）更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码，实质上没有多大的变化，只是对原来过程化设计思想的一种替代，并没有击中要害，亦然没有灵活性、可扩展性。
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
我们不访这样设想：既然mp3和wav都属于音频文件，都具有音频文件的共性，应该建立一个共同的AudioMedia父类。
public class AudioMedia
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
}
}
现在引入继承思想，OOD就有点雏形了（不是说有了继承就有了OOD思想，这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想，当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想）。
其实在现实生活中，我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3，因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念，并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中，既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类，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
{
//根据需要完成任务的单向分派
public void Play(AudioMedia media)
{
media.Play();
}
}
到此，我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计，即满足了类之间的层次关系，又保证了类的最小化原则，同时又体现了面向对象设计原则（开—闭原则、里氏代换原则）更利于扩展。（止此，你会发现play方法名的更改是多么必要）。
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放，只需要设计WMA类，MP4类，并继承AudioMedia，在相应的子类中重写Play方法就可以了，MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。
如果让媒体播放器能够支持视频文件，必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方，不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下：
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.");
}
}
这样设计还是有点糟糕，这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。
不过，我们可以这样想，无论音频媒体还是视频媒体都是媒体，有很多相似的功能，如播放、暂停、停止等，为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。（虽然也可以用抽象类，但在C#里只支持类的单继承，不过c#支持接口的多继承）。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。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下：
public interface IMedia
{
void Play();
}
public abstract class AudioMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}
public abstract class VideoMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}
这样再更改MediaPlayer类的代码：
public class MediaPlayer
{
public void Play(IMedia media)
{
media.Play();
}
}
现在看来，程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。
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，这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。
现在看起来似乎很完美了，但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如，在客户端程序代码中，用户通过选择cbbMediaType组合框的选项，决定播放音频媒体还是视频媒体，然后单击Play按钮执行。
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMedia media = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
media = new MP3();
break;
//其它类型略;
case ("rm"):
media = new RM();
break;
//其它类型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(media);
}
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
随着需求的增加，程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想，充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后，你会发现，即使需求不断增加，你也可以神清气爽，不用为代码设计而烦恼了。
为了实现软件工程的三个主要目标：重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。
使用工厂模式，能够很好地根据需要，调用不同的对象（即动态调用），保证了代码的灵活性。
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。媒体工厂接口如下：
public interface IMediaFactory
{
IMedia CreateMedia();
}
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂，并统一实现媒体工厂接口：
public class MP3Factory:IMediaFactory
{
public IMedia CreateMedia()
{
return new MP3();
}
}
//其它工厂略；
public class RMFactory: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，仍然要使用条件判断语句，代码缺乏灵活性，不利扩展。
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是更简单？对于本文提到的需求，是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别，如音频文件还需给声卡提供接口，而视频文件还需给显卡提供接口。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。现在客户端程序代码发生了稍许的改变：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
//音频媒体
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//视频媒体
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
break;
//其他类型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(factory.CreateMedia());
}
到这里，我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派，根据传递参数的不同，分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时，这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看，他提供了一个不错的接口，供客户端程序调用。
利用工厂模式后，现在看来MediaPlayer类已经多余。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。修改后的代码如下：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//其他类型略；
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
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。我们在工厂模式中用到了该接口；而在客户端程序中，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，你的客户端程序是不用改动的。
不过，这样写客户端代码还是不够理想的，依然不够灵活，在判断具体创建哪个工厂的时候，仍需条件判断。现在看来，如果执行者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，仍然需要更改客户端程序代码。
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。
条件外置来实现，即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型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技术来完成。首先，创建配置文件：
<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，在客户端程序代码中，自定义一个初始化方法如：InitMediaType()，读取配置文件的所有key值，填充cbbMediaType组合框控件中：
private void InitMediaType()
{
cbbMediaType.Items.Clear();
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
{
cbbMediaType.Item.Add(key);
}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
}
最后，更改客户端程序的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();
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”,
factoryDllName).Unwrap();
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标：重用性、灵活性和扩展性。
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，继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类，并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory，则在配置文件中添加如下一行：
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
而客户端程序呢？根本不需要做任何改变，甚至不用重新编译，程序就能自如地运行！
另：本文发布后有热心的朋友提出，如果提供UML图，那就更完美了，谢谢这位朋友的提醒。UML图现补充如下：
C#面向对象分析
面向对象分析属于软件开发过程中的问题定义阶段，其目标是清晰、精确地定义问题领域。传统的系统分析产生一组面向过程的文档，定义目标系统的功能;面向对象分析则产生一种描述系统功能和问题领域的基本特征的综合文档。
原则
面向对象分析的主要原则如下。
1.抽象
从许多事物中舍弃个别的、非本质的特征，抽取共同的、本质性的特征，就叫做抽象。抽象是形成概念的必须手段。
抽象原则有两方面的意义：第一，尽管问题域中的事物是很复杂的，但是分析员并不需要了解和描述它们的一切，只需要分析研究其中与系统目标有关的事物及其本质性特征。第二，通过舍弃个体事物在细节上的差异，抽取其共同特征而得到一批事物的抽象概念。
抽象是面向对象方法中使用最为广泛的原则。抽象原则包括过程抽象和数据抽象两个方面。过程抽象是指，任何一个完成确定功能的操作序列，其使用者都可以把它看做一个单一的实体，尽管实际上它可能是由一系列更低级的操作完成的。数据抽象是指根据施加于数据之上的操作来定义数据类型，并限定数据的值只能由这些操作来修改和观察。数据抽象是面向对象分析的核心原则。它强调把数据(属性)和操作(服务)结合为一个不可分的系统单位(即对象)，对象的外部只需要知道它做什么，而不必知道它如何做。
2.封装
封装就是把对象的属性和服务结合为一个不可分的系统单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节。
3.继承
特殊类的对象拥有的其一般类的全部属性与服务，称作特殊类对一般类的继承。
在面向对象分析中运用继承原则，就是在每个由一般类和特殊类形成的一般—特殊结构中，把一般类的对象实例和所有特殊类的对象实例都共同具有的属性和服务，一次性地在一般类中进行显式定义。在特殊类中不再重复地定义一般类中已定义的东西，但是在语义上，特殊类却自动地、隐含地拥有它的一般类(以及所有更上层的一般类)中定义的全部属性和服务。继承原则的好处是：使系统模型比较简练也比较清晰。
4.分类
就是把具有相同属性和服务的对象划分为一类，用类作为这些对象的抽象描述。分类原则实际上是抽象原则运用于对象描述时的一种表现形式。
5.聚合
聚合的原则是：把一个复杂的事物看成若干比较简单的事物的组装体，从而简化对复杂事物的描述。
6.关联
关联是人类思考问题时经常运用的思想方法：通过一个事物联想到另外的事物。能使人发生联想的原因是事物之间确实存在着某些联系。
7.消息通信
这一原则要求对象之间只能通过消息进行通信，而不允许在对象之外直接地存取对象内部的属性。通过消息进行通信是由于封装原则而引起的。在OOA中要求用消息连接表示出对象之间的动态联系。
8.粒度控制
一般来讲，人在面对一个复杂的问题域时，不可能在同一时刻既能纵观全局，又能洞察秋毫。因此需要控制自己的视野：考虑全局时，注意其大的组成部分，暂时不详察每一部分的具体的细节;考虑某部分的细节时则暂时撇开其余的部分。这就是粒度控制原则。
9.行为分析
现实世界中事物的行为是复杂的。由大量的事物所构成的问题域中各种行为往往相互依赖、相互交织。
阶段
面向对象分析过程可分为问题领域分析和应用分析两个阶段。
问题领域分析是软件开发的基本组成部分，目的是使开发人员了解问题领域的结构，建立大致的系统实现环境。问题领域分析给出一组抽象概念(从高层来表示问题领域知识，常常超出当前应用的范围)作为特定系统需求开发的参考。问题领域分析实际上是一种学习过程。软件开发人员在这个阶段应该尽可能地理解当前系统中与应用有关的知识，应该放开思维，放宽考虑的范围，尽可能地标识与应用有关的概念。问题领域分析的边界可能很模糊。有了广泛的问题领域知识，涉及到具体的应用时，就可以更快地进入状态，掌握应用的核心知识。而且，在用户改变对目标系统的需求时，广泛的分析可以帮助我们预测出目标系统在哪些方面会发生哪些变化。通常进行小组分析，小组成员可以包括领域专家和分析员等。在分析过程中，应该标识出系统的基本概念(对象、类、方法、关系等)、识别问题领域的特征，并把这些概念集成到问题领域的模型中。问题领域的模型必须包含概念之间的关系，以及每个概念的全部信息。标识出来的相关概念应该根据信息内容来有机地融合到问题领域的综合视图中。
应用分析是依据在问题领域分析时建立起来的问题领域模型来进行的。应用分析时，把问题领域模型用于当前特定的应用之中。首先，通过收集到的用户信息来对问题领域进行取舍，把用户需求作为限制条件来使用，以缩减问题领域的信息量。因此，问题领域分析的视野大小直接影响到应用分析保留的信息量。一般来说，问题领域分析阶段产生的模型并不需要用程序设计语言来表示，而应用分析阶段产生的影响条件则需要用某种程序设计语言来表示。模型识别的要求可以针对一个应用，也可以针对多个应用。通常我们着重考虑两个方面，即应用视图和类视图。在类视图中，必须对每个类的属性和操作进行细化，并表示出类之间的相互作用关系。
目标
Coad和Yourdon 认为，面向对象分析主要应该考虑与特定应用有关的对象，以及对象之间在结构和相互作用上的关系。在面向对象分析中，需要建立分析模型来描述系统的功能。
面向对象分析需要完成如下两个任务：
— 形式化地说明所面对的应用问题，最终成为软件系统基本构成的对象，以及系统所必须遵从的、由应用环境所决定的规则和约束条件。
— 明确地规定构成系统的对象如何协同工作和完成指定的功能。
通过面向对象分析所建立的系统模型是以概念为中心的，因此称为概念模型。概念模型由一组相关的类组成。面向对象分析可以通过自顶向下地逐层分解来建立系统模型，也可以自底向上地从已经定义的类出发，逐步构造新的类。概念模型的构造和评审由如下5个层次构成：
— 类和对象层
— 属性层
— 服务层
— 结构层
— 主题层
这5个层次不是构成软件系统的层次，而是分析过程中的层次。也可以说是问题的不同侧面。每个层次的工作都为系统的规格说明增加了一个组成部分。当5个层次的工作全部完成时，面向对象分析的任务也就完成了。
在实际操作中，面向对象分析的目标是得出问题领域的功能模型、对象模型和动态模型，并用相应的UML图将它们表示出来。
步骤
面向对象分析通常按照下面的步骤来进行：
(1)标识对象和类。可以从应用领域开始，逐步确定形成整个应用的基础类和对象。这一步需要分析领域中目标系统的责任，调查系统的环境，从而确定对系统有用的类和对象。
(2)标识结构。典型的结构有两种，即一般—特殊结构和整体—部分结构。一般—特殊结构表示一般类是基类，特殊类是派生类。比如，汽车是轿车和卡车的基类，这是一种一般—特殊结构。整体部分结构表示聚合，由属于不同类的成员聚合成为新的类。比如，轮子、车体和汽车底盘都是汽车的一部分，这些不同功能的部件聚合成为汽车这个整体。
(3)标识属性。对象所保存的信息称为它的属性。类的属性描述状态信息，在类的某个实例中，属性的值表示该对象的状态值。需要找出每个对象在目标系统中所需要的属性，并将属性安排在适当的位置，找出实例连接，最后再进行检查。应该给出每个属性的名字和描述，并指定该属性所受的特殊限制(如只读、属性值限定在某个范围之内等)。
(4)标识服务。对象收到消息后执行的操作称为对象提供的服务。它描述了系统需要执行的处理和功能。定义服务的目的是为了定义对象的行为和对象之间的通信。其具体步骤包括：
— 标识对象状态
— 标识必要的服务
— 标识消息连接
— 描述服务
可以用类似于流图的图形来表示服务。
(5)标识主题。为了更好地理解包含大量类和对象的概念模型，需要标识主题，即对模型进行划分，给出模型的整体框架，划分出层次结构。可以按照如下步骤来标识主题。
— 识别主题
— 对主题进行改进和细化
— 将主题加入到分析模型
主题是一个与应用相关的概念，而不是人为任意引出来的，主题层的工作有助于理解分析的结果。
优点
面向对象分析的主要有点有：
(1)加强了对问题域和系统责任的理解;
(2)改进与分析有关的各类人员之间的交流;
(3)对需求的变化具有较强的适应性;
(4)支持软件复用;
(5)贯穿软件生命周期全过程的一致性;
(6)实用性;
(7)有利于用户参与。
