面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) GsNZr=;C
Au{J/G<W@
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。 =a_ >")
一、传统过程化设计思想 t``q_!s}F
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: 8/ PS#dM\
public class MediaPlayer o#=O5@>ai
{ 2$yNryd
private void PlayMp3() y3@5~ 4+
{ C\gKJW^]y@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 8@d@T V!n&
} C5EaP%s
}9 I,p$
private void PlayWav() EVDcj,b"^
{ qW|_|%{U+
MessageBox.Show("Play the wav file."); %@Nu{?I
} a3SBEkC
o%[swoM@
public void Play(string audioType) FZ=xy[q]~
{ )i$KrN6
switch (audioType.ToLower()) T8>aU
{ J)="Im)
case ("mp3"): JO&L1<B{v
PlayMp3(); ]q 3.^F
break; 5O"$'iL
case ("wav"): Nh"U~zlh
PlayWav(); -s9()K(vZG
break; ^D A<=C-[!
} ygYy [IZ
} X
v$"B-j
} 2[g kDZ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 OzAxnd\.N
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 1}3tpO;
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! <,,X\>B
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 (0^ZZe`#j
二、面向对象设计思想 d VyT `
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ^JAp#?N^9
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ayQ2#9X}
public class MP3 b!`{fwV
{ v:]z-zU
public void Play() QVo>Uit
{ sq;3qbz
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ih)4.lLcKn
} 40} 7O<9*
} 1h?QEZ,6a
.Ky)Co
public class WAV lESv
{ Tb\<e3Te_
public void Play() YFP<^y=
{ <."KejXg-
MessageBox.Show("Play the wav file."); P~s u]+
} i@mS8%|l
} O~mQ\GlW
17-B'Gl!<%
Public class MediaPlayer 2d&]V]:R*
{ V&7NN=
switch (audioType.ToLower()) izs=5
{ 3:T~$M`]
case ("mp3"): Y=t?"E
MP3 m = new MP3(); |G_, 1$
m.Play(); _{$<s[S
break; v[V7$.%5Q
case ("wav"): [,(+r7aB
WAV w = new WAV(); Q" r y@
(I
w.Play(); 8Oz9 UcG
break; {.ypZ8JU
} '}IGV`c
} aW9\h_$
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。 X8):R- J
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9sI&d
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。 ae" o|Q
public class AudioMedia
~t n$AtK
{ f3S 8~!
public void Play() o`G6!
{ q;*'V9#
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); H3 -?cy
} L/In~'*-
} z[6avW"q
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 AN3oh1xe:
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: wY ??#pS
public abstract class AudioMedia LH.Gf
{ (^(l=EN-<
public abstract void Play(); [sjkm+
?
} 22=sh;y+2
hlDB'8
public class MP3:AudioMedia ~\8(+qIv%f
{ IRwtM'%0
public override void Play() El@*Fo
{ s5rD+g]E`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _Z!@#y@j
} i#hFpZ6u
} hxK;f
`CH,QT7e
public class WAV:AudioMedia 0#Lmajs
{ M;,$
)>P
public override void Play() \Dy|}LE
{ 6o7t eX
MessageBox.Show("Play the wav file."); q[C?1Kc.z
} @aZ Tx/
} w3ni@'X8
Hcwfe=K&/
public class MediaPlayer 4k-Ak6s
{ _1&Ar4:
//根据需要完成任务的单向分派 <JH,B91
public void Play(AudioMedia media) j7gw?,
{ )?UoF&c/
media.Play(); {\(MMTQ
} $q)YC.5$
} z&tC5]#
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 (=Cb)/s0
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 xBA"w:<
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: *>KBDFI
public abstract class VideoMedia 6<<"9mxK
{ &<]f-
public abstract void Play(); cQyN@W
} 1wKXOy=v0
rBNVI;JZW
public class RM:VideoMedia ^0}ma*gi~
{ fk5'v
public override void Play() |cf-S8pwY
{ < ,*\t
MessageBox.Show("Play the rm file."); $TXxhd 6
} {:K_=IRZ
} p35=CX`T.
/;#kV]nF
public class MPEG:VideoMedia %- 540V{q
{ + U5Q/g
public override void Play() bTc>-e,
{ :rVR{,pL
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); M\C9^DX{
} 1@}F8&EZ
} pT]hPuC
rMDvnF
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 #ODP+>-IjB
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: S} m=|3%y
G<$:[ +w
public interface IMedia ;\mX=S|a
{ G;G*!nlWf
void Play(); yS
W$zA,
} 0+FPAqX
V#7,vas
public abstract class AudioMedia:IMedia @ep.wW
{ yxt"vm;
public abstract void Play(); i<^X z
} k4K.
mlIO
:2?g_
public abstract class VideoMedia:IMedia lFBpNUnzU
{ M*zpl}
public abstract void Play(); 6!m#;8 4
} !cyrt<
\)~d,M}kK
这样再更改MediaPlayer类的代码: !<p,G`r
public class MediaPlayer Fc1!i8vv
{ p3=Py7iz
public void Play(IMedia media) YhN<vZ}U!~
{ S0^a)#D &
media.Play(); d+q],\"R
} ^1S{::
} xS,24{-HJ
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 l)%PvLbL
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。 7?Wte&C];p
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。 Nm?^cR5r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) zZ=SAjT QP
{ PILpWhjL$9
IMedia media = null; d0:LJ'<Q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) JsJP%'^/R
{ #r'MfTr
case ("mp3"): >C|pY6
media = new MP3(); 9J3fiA_
break; vjS`;^9
//其它类型略; nI*.(+h
case ("rm"): i0=U6S:#
media = new RM(); h=#w< @
break; \d@5*q
//其它类型略; lfgJQzi
G
} 6'# 5Dqw"r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); +{:uPY#1
player.Play(media); 5CY%h
} W@d&X+7e
E8PDIjp
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 q1}!O kr"2
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。 yvd)pH<a2
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。 [^qT?se{
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。 I"Zp^j
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: WNyW1?"
public interface IMediaFactory IoDT
{ j,0`k
IMedia CreateMedia(); Z8SwW<{ $
} =QqH`.3
_S r}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: i~';1
.g
public class MP3Factory:IMediaFactory Aw#<: 6-
{ !xsfhLZK
public IMedia CreateMedia() @:>"VP<(
{ CWdsOS=
return new MP3(); @DysM~I
} ,L<JG
} rB[J*5v
//其它工厂略; '_c/CNs
QH'*MY
public class RMFactory:IMediaFactory fL*7u\m:
{ xM jn=\}
public IMedia CreateMedia() (y9KO56.V&
{ h^3gYL7O6
return new RM(); 3TwjC:Yhv2
} '/>Mr!H#
} "^]gI Qc
//其它工厂略; 3aqH!?rVU
!l[;,l
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。 2`=jKt
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: 4(Lmjue]?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :60vbO
{ o}AXp@cqi
IMediaFactory factory = null; !ku}vTe
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5Kzt8Tv[
{ u zZ|0
//音频媒体 Ks.b).fH
case ("mp3"): "| '~y}v_
factory = new MP3Factory(); I*rUe#$
break; f{9+,z
//视频媒体 5%,3)H{;t
case ("rm"): v-8>@s jy8
factory = new RMFactory(); I5"wa:Z
break; $?GggP d
//其他类型略; 3BMz{ny=
} #cY[c1cNv
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); !Rv ;~f/2
player.Play(factory.CreateMedia()); =4_}.
} }c,b]!:
VzG|Xtco[
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 )\+Imn
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: MIJuJ]U}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) :w8{BIUN)
{ r5j$FwY
IMediaFactory factory = null; k0Vri$x
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W2{w<<\$3}
{ %H\b5&
_y
case ("mp3"): 1H-Wk
factory = new MP3Factory(); pm
O9mWq
break; J&6p/'UPZ
//其他类型略; (;fJXgj.
case ("rm"): - (s0f
factory = new RMFactory(); P>_O :xD
break; ? 2}%Rb39
//其他类型略; i#:To
|\u
} <)d%c%f'`
IMedia media = factory.CreateMedia(); S9dxrm?
media.Play(); h2Q'5G
} >nkVZ;tL
G2`YZ\
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。 $:u*)&"t|
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Le#srr
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ld(60?z>FH
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: NDRDP D
SGKAx<U
<appSettings> ~&~4{
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Y1cL dQn
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> wH"9N+82M
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ,!>
~izB
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> _qB
._
</appSettings> ;"D}"nL
8*-)[+s9il
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: A^aY-V
private void InitMediaType() |?KYY0
{ n1\$|[^6
cbbMediaType.Items.Clear(); (H:c80/V
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) IYn`&jS{
{ 5 =;cN9M@
cbbMediaType.Item.Add(key); qX}3}TL
} *o1US
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; pCkMm)2g!
} \zU<o~gs
";U~wZW_
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: FOyANN'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *P01 yW0
{ ~|Nj+A
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); /4I9Elr
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); awU!3)B
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; r@t
\a+
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ,Gi%D3lA
factoryDllName).Unwrap(); P7 h^!a/
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9GX'+$R]
media.Play(); >6KwZr BB
} t5aX9WIW
]."t
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。 Qef5eih
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: K3*-lO:A9
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 /B
53Z[yL
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!