面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) SmSH2m-
aH/
k Ua
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。
k5.Lna
一、传统过程化设计思想 'op|B@y
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: ;P%1j| 7
public class MediaPlayer KEjWRwN
{ O5nD+qTQ#
private void PlayMp3() .MoU1n{Yc
{ ")XHak.JX
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~;{;,8!)
} GM f
`A,>
xH"/1g
private void PlayWav() "8jf81V*
{ U7}yi$WT
MessageBox.Show("Play the wav file."); ieCEo|b
} )g#T9tx2D
0Y{yKL
public void Play(string audioType) G.a b ql
{ ]tRu2Ygf
switch (audioType.ToLower()) pm0{R[:T7
{ Ata:^qI
case ("mp3"): UJ7*j%XQz_
PlayMp3(); %oa-WmWm
break; *Y7u'v
case ("wav"): W_(j3pV?Ml
PlayWav(); k],Q9
break; !1H# 6
} 9BBmw(M}
} 0e ~JMUb
} Z!zF\<r
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。 3/e.38m|
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。 EPM-df!=
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! J({Xg?
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。 RF4vtQC=
二、面向对象设计思想 9FYUo
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! tKx~1-
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: gS]@I0y8
.
public class MP3 ZWU)\}}_R
{ n QZwC
public void Play() O#~yKqB
{ /quc}"__
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); gANuBWh8T
} Rmt~,cW!\
} ][h%UrV
]]9R mh=
public class WAV $f=J2&D,Cz
{ j8{i#;s!"
public void Play() rt~d6|6
{ f:|1_ j
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6J6BF%
} J76kkW`5
} QIvVcfM^
4n g]\ituS
Public class MediaPlayer JZ*/,|1}EC
{ BmMGx8P
switch (audioType.ToLower()) u9GQU
{ L<-_1!wh
case ("mp3"): FvXZ<(A{
MP3 m = new MP3(); Fk*7;OuZl
m.Play(); a /l)qB#
break; {9;CNsd
case ("wav"): >#~& -3
WAV w = new WAV(); >j(_[z|v3
w.Play(); cr?Q[8%t1
break; BsqP?/
} ,nLy4T&"
} q#ClnG*
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。 Ou!2[oe@M
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) b vr^zH,C
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。 xH(lm2kvT
public class AudioMedia Qu"\wE^.`
{ NAQAU
*yP
public void Play() #Z`q+@@]A
{ )Y6 +
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); i6tf2oqO7
} ith
3=`3
} Bp`]
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)。 A8fOQ
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: $i}y 8nlQ
public abstract class AudioMedia iWB=sL&p
{ aS{n8P6vW
public abstract void Play(); z/WE,R
} [.'|_l
y'~U%,ki6
public class MP3:AudioMedia gk[aM~p
{ 3kIN~/<R+7
public override void Play() Ym{tR,g7
{ ?{|q5n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6?mibvK
} +[A QUc
} % X+:o]T
THbh%)Zv+
public class WAV:AudioMedia !N7s dY
{ }=UHbU.n~!
public override void Play() ?'Xj
g#}<
{ F2dHH^
MessageBox.Show("Play the wav file."); o"Euwh!!
} M7a.8-!1
} m!4ndO;0vh
fc%xS7&
public class MediaPlayer )}]g]
g
{ *1
]uH e
//根据需要完成任务的单向分派 !M]uL&:
public void Play(AudioMedia media) +0%w ;'9z
{ HU}7zK2
media.Play(); C:* *;=.
} ,p@y]
cr
} -p&" y3<p
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)。 `* ["UER
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。 k\YG^I
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: `PdQX.wN
public abstract class VideoMedia NP#w+Qw
{ /k6MzFoid
public abstract void Play(); *{@Nq=fE
} u\x}8pn
P*Uwg&Qz)
public class RM:VideoMedia *@r/5pM2}
{ }bpQq6ZF
public override void Play() +L|?~p`V
{ M~#g RAUJ
MessageBox.Show("Play the rm file."); Xe'x[(l
} bv9]\qC]T<
} p2[n$61
_476pZ_
public class MPEG:VideoMedia N/'b$m5=
S
{ sw oQ'
public override void Play() BB$>h}
{ d>&,9c%
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #m<nAR
} kr5">"7
} VimE@ Hz
N1S{suic
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 R'`qKc
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: z'U1bMg
&yTqZ*Yuk
public interface IMedia p* (JjH
{ Lpz>>}
void Play(); S6M}WR^,
} +nhLIO{{L
Mj?`j_X
public abstract class AudioMedia:IMedia /-qNh>v4
{ :&rt)/I
public abstract void Play(); k&q;JyUi
} kT66;Y[
B=T'5&
public abstract class VideoMedia:IMedia >`mVY=Hi
{ j'<<4.(
public abstract void Play(); gHEu/8E
} x0D*U?A
gNrjo=
这样再更改MediaPlayer类的代码: [{,T.;'<j
public class MediaPlayer wY%}
{ \?ZB]*Fu
public void Play(IMedia media) T|op$ s|
{ fS:&Ak
];
media.Play(); vHc%z$-d
} !r8`Yr n
} YQ)kRhFA
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 FP`b>E qOH
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 4JXeV&5Qk'
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 7~%?#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *NaB#;+|k`
{ G1tY) _-8[
IMedia media = null; 0c]/bs{}
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) vY}g<*
{ t?&|8SId
case ("mp3"): I)6+6pm
media = new MP3(); 9dLV96
break; z`}qkbvi
//其它类型略; *3FKt&v 0
case ("rm"): 2'\H\|
media = new RM(); ?V.cOR`6
break; w\u=)3qyVV
//其它类型略; 8)3*6+D
} (9GWbB?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tBWrL{xLe
player.Play(media); rmm0/+jY
} {.|CdqwY
I@~QV@U
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 v`x.)S1
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Tc:)-
z[o
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 c )g\/
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 RnE4<Cy
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: v^NIx q}U
public interface IMediaFactory F6|]4H.3Q
{ 1D7`YKI9h
IMedia CreateMedia(); [Ek7b*
} o5GcpbZ3k
(@VMH !3
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: LEf^cM=>
public class MP3Factory:IMediaFactory D%Sl AzZ3
{ X-Kh(Z
public IMedia CreateMedia() 2(+2+}
{ q`a'gJx#y
return new MP3(); 1#2 I
} MUc$j&
} @ioJ]$o7
//其它工厂略; [ 5b--O
a0E)2vt4
public class RMFactory:IMediaFactory j0aXyLNX
{ k5e;fA/w
public IMedia CreateMedia() 50wulGJud
{ ^|(LAjet
return new RM(); 5d^sA;c
} 5m 4P\y^a
} MrFQ5:=
//其它工厂略; Y=I'czg
A,<E\
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。 iy!=6
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: n'LrQU
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [yQt^!;
{ _8J.fT$${
IMediaFactory factory = null; sb*G!8j
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !;{7-~
{ HM1Fz\Sf
//音频媒体 q~o<*W
case ("mp3"): :\c ^*K(9
factory = new MP3Factory(); m?}6)\ob
break; p27~>xQ
//视频媒体 P|E| $)m
case ("rm"): rJ4S%6w
factory = new RMFactory(); FVbb2Y?R
break; f~R(D0@
//其他类型略; R+z2}}Z!`
} Y\P8v
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #p&qUw
player.Play(factory.CreateMedia()); 7Q9 w?y~c
} [l??A3G
9;u@q%;!k
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 &PHTpkaam
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: Bm<`n;m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
ltSU fI
{ ,w4(kcg%iQ
IMediaFactory factory = null; : *#- %0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) o5PO=AN
{ rXP,\ ]r+
case ("mp3"): AV]2euyn
factory = new MP3Factory(); U'_Q>k
break; ET*SB
//其他类型略; Of#u
case ("rm"): ~,Ix0h+H+M
factory = new RMFactory(); 4F:\-O
break; K@]4g49A/j
//其他类型略; T&bYa`f]
} Dml;#'IF3
IMedia media = factory.CreateMedia(); #:_Kws>+
media.Play(); _N cR)2
} u&vf+6=9Dd
Hvi49c]]
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 uH^-R_tQ
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。
8dA~\a
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 vI>w e
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: V f&zL
Sgr
"HIRTE;&
<appSettings> s ll\g
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Z5n1@a__
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> %[TR^Th6
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> :3Ox~o
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 4pF*"B
</appSettings> !;A\.~-!G
.p[ux vp
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: "&u@d~`-n
private void InitMediaType() H*R"ntI?w
{ Bsvr?|L\
cbbMediaType.Items.Clear(); tDcT%D {:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) "(O>=F&
{ #trK^(
cbbMediaType.Item.Add(key); (?c"$|^J
} Rhs/3O8k
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 7n<{tM
}
UI0VtR]
+O{*M9B
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: X+9>A.92
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ouQ T
{ M6jy\<a
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ~36!?&eA8
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); d7upz]K9g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; q|(HsLs
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, H7n>Vx:L-
factoryDllName).Unwrap(); Q)h(nbbVak
IMedia media = factory.CreateMedia(); C1)!f j=
media.Play(); J
ZS:MFA
} 1))8
A@,
oG\Vxg*
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。 2[W&s&
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: a;+9mDXx:
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 8nV+e~-w
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!