面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )G^
KDj"
hCjR&ZA
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。 aI^/X{d
一、传统过程化设计思想 i0$Bx>
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: Q/>{f0
public class MediaPlayer CCBfKp
{ eIRLNxt+v
private void PlayMp3() ia\eLzj
{ 2'EUy@0
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); jB{4\)
} hd),&qoW?
u!"t!2I
private void PlayWav() _8Kx6s%
{ NS%WeAf
MessageBox.Show("Play the wav file."); (bsXo
q
} n8*;lK8
6KpHnSW
public void Play(string audioType) h3LE>}6D
{ /x_o!<M
switch (audioType.ToLower()) S4=~`$eP
{ )OiT{-m
case ("mp3"): b2b^1{@h;v
PlayMp3(); e/0<[s*#Q
break; M`rl!Ci#
case ("wav"): 91=OF*w
PlayWav(); TT=b79k
break; ]E\n9X-{
} Fa'k0/_j
} T!Hb{Cg*
} Og,$ sH}`
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|.um_
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。 \jOA+FU[
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! bFe+m1Q_
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。 _?OW0x4
二、面向对象设计思想 DxUKUE
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! |<:vY
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: yE}}c{hSn
public class MP3 ~//fN}~R
{ {} 3${
public void Play() !O `(JSoG
{ ;\f gF@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E_vq
} (h>-&.`&
} cSXwYZDx?
ek#O3Oz
public class WAV tmQH|'>>
{ 87D*-Gw
public void Play() /YZr~|65
{ xuqv6b.
MessageBox.Show("Play the wav file."); a)wJT`xu
} ,%uo6%
} ee yHy"@
"?V0$-DR
Public class MediaPlayer |&RU/ a
{ N<~t3/Nm
switch (audioType.ToLower()) 28 ?\
{ &l!4mxwr`
case ("mp3"): <YdE1{fm
MP3 m = new MP3(); z^'gx@YD*v
m.Play(); S:h{2{
break; xai*CY@cQ
case ("wav"): .Y&)4+ckL
WAV w = new WAV(); :Zlwp6
w.Play(); ;M)QwF1
break; 9I}-[|`u
} Wf|Q$MHos
} r>o63Q:
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。 D)L+7N0D~
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) DGS $Ukz&T
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 '.:z&gSqx0
public class AudioMedia G"h'_7
{ 03q5e
public void Play() <
jJ
{
OX\A|$GS
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); hDF@'G8F
} MF5[lK9e
} wB.&}p9p
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)。 0yD9SJn
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: k?+?v?I
=
public abstract class AudioMedia be.*#[
{ E=nIRG|g
public abstract void Play(); s.$3j$vT 8
} sS*3=Yh
U|jSa,}
public class MP3:AudioMedia 4 o Fel.o
{ %nf6%@s
public override void Play() aDU<wxnSvO
{ k$blEa4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1q7|OWFT
} f4fvrL
} N sXHO
8WXQOo8
public class WAV:AudioMedia PvPOU"
{ ]n6#VTz*
public override void Play() =l+yA>t|
{ [_k1jHr48N
MessageBox.Show("Play the wav file."); 2LF/H$]o5
} EV]1ml k$
} hgPa6Kd
;ub;lh 3
public class MediaPlayer !|^|,"A)
{ T&6l$1J
//根据需要完成任务的单向分派 <M+|rD]oc
public void Play(AudioMedia media) u_oaebOrpP
{ k\5c|Wq|g
media.Play(); ~%<X0s|
} 9jM}~XvV
} "~sW"n(F_
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 >*35C`^
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 (A9Fhun
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 0X6YdW _2X
public abstract class VideoMedia +^60T$
{ TM%|'^)
public abstract void Play(); OP[@k
} )_YX DU
o#3ly-ht
public class RM:VideoMedia ]_f_w9]
{ |d{PA.@33
public override void Play() D4eDHq
{ E(>=rD /+
MessageBox.Show("Play the rm file."); cr7 }^s
} Tp?7_}tRi
} 6m}Ev95
=^M/{51j
public class MPEG:VideoMedia J,'M4O\S
{ 'j#*6xD
public override void Play() A8muQuj]~~
{ , qMzWa
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); fK>L!=Q
} 9+Np4i@
} R@1 xt@?
luh$2 \5B
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。 }T(D7|^R
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: UXJeAE-
&*M!lxDN
public interface IMedia T<n
{ Acez'@z
void Play(); b/+u4'"
} G/)O@Ugp
6AAz
public abstract class AudioMedia:IMedia BX`{73sw
{ D+rxT:
d
public abstract void Play(); bQgc8/
} B6MB48#0gs
T6\[iJI|
public abstract class VideoMedia:IMedia (nQ^
{ p$S*dr
public abstract void Play(); 94'&b=5+
} y6(Z`lx
5'OrHk;u
这样再更改MediaPlayer类的代码: 3#LlDC_WC
public class MediaPlayer 8I =2lK
{ =9H7N]*h
public void Play(IMedia media)
Vr3Zu{&2
{ KjD/o?JUr
media.Play(); "Wct({n
} 7`*h2 mgY
} ROH|PKb7
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 {:/#Nc$5
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。 IPS4C[v
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。 "{A(x
}'Y4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) C7]f*TSC4
{ T^zXt?
IMedia media = null; ~nmoz/L
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) tH!]Z4}u
{ R)c?`:iUB
case ("mp3"): /2&c$9=1
media = new MP3(); Tf>bX_L?
break; XY5K%dMU
//其它类型略; 0_jf/an,%
case ("rm"): \[;0KV_
media = new RM(); .yoH/2h
break; k$n|*kCh
//其它类型略; /J]5H
} jk;j2YNPw
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); P0;n9>g
player.Play(media); /p/]t,-j2
} |Tv#4st
pIc#L>{E
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 * `JYC
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 z0d.J1VW
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 34f?6K1c
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 *IB4[6
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: D(~U6SR
public interface IMediaFactory D,k6$`
{ bTI|F]^!
IMedia CreateMedia(); z}.e]|b^H
} lt/1f{v[:
p'Y^X
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: [F+}V,
public class MP3Factory:IMediaFactory FUiRTRIYe
{ Pd8![Z3
public IMedia CreateMedia() 8=!D$t\3
{ n*h)'8`Ut
return new MP3(); -{("mR&]
} 4VHn \
} &5>Kl}7
//其它工厂略; !Mx$A$Oj>
?w$kue
public class RMFactory:IMediaFactory T~-ycVc
{ ,<.V7(|t)
public IMedia CreateMedia() _5w]a 2
{ 49eD1h3'X[
return new RM(); |44Ploz2b
} M$wC=b
} R7%#U`Q^A
//其它工厂略; 91/Q9xY
&1Ok`_plO
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 )j6~Wy@4
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ]>!K3kB
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }H53~@WP>
{ oe^ I
IMediaFactory factory = null; 9p]QM)M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) HVRZ[Y<^
{ Usvl}{L[
//音频媒体 p#-Z4- `
case ("mp3"): rm7ANMB:
factory = new MP3Factory(); [z:!j$K
break; x5pdS:
//视频媒体 9i:L&dN
case ("rm"): F~-(:7j
factory = new RMFactory(); xR~hwj
break; ibcRU y0%
//其他类型略; 0S"mVZ*P
} hDDn,uzpd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dRYqr}!%n
player.Play(factory.CreateMedia()); y
RqL9t
} RbB.q p
_;"il%l=1
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。 Lj({[H7D!
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: PI {bmZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }{Pp]*I<A
{ ./Xz}<($8
IMediaFactory factory = null; $ Gf(38[w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 1C+13LE$U
{ }J}-//[A
case ("mp3"): %UrueMEO
factory = new MP3Factory(); g _9C*
break; `bq<$e
//其他类型略; w7L{_aom
case ("rm"): b!t0w{^w
factory = new RMFactory(); rI{; I DV
break; ^^sE:
//其他类型略; b`Zx!^
} lf|FWqqV
IMedia media = factory.CreateMedia(); #~]zhHI
media.Play(); 'ms-*c&
} }rUN_.n4z
q1x`Bj
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。 `7E;VL^Y1
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。 T=DbBy0-
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。 ^dWa;m]l
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: jVe1b1rt~3
]h`&&B qt
<appSettings> LENq_@$
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> mY|)KJ
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> P}}* Q7P
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> l:~/<`o
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> J3V=
46Yc
</appSettings> uh0VFL*@
;?Tbnn Wn
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: LVM%"sd?
private void InitMediaType() %6 zBSje
{ 5vQHhwO50k
cbbMediaType.Items.Clear(); s[>,X#7 y
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) XT%nbh&y
{ P;.W+WN
cbbMediaType.Item.Add(key); -m zIT4
} +HpA:]#Y
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; QT5TE: D
} a=_g*OK}D
o'aEY<mZ7
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: QE+g
j8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1ba~SHi
{ =j_4S<
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); %A/0 '
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 1t~G|zhX
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; n+9=1Oo"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, yPBZc h %-
factoryDllName).Unwrap(); "S]0
IMedia media = factory.CreateMedia(); X,%
0/6*]
media.Play(); 4"(Bu/24
} Dj?> <@
9rX&uP)j^#
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。 $99n&t$Y
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: `{h*/Q
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
NR6#g,+7
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!