面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) EMmNlj6
UC;_}>
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。 ~a4htj
一、传统过程化设计思想 hJ>{`Tw
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: ( N~[sf?&
public class MediaPlayer !!b5vzyve
{ nfq
private void PlayMp3() &p^S6h
{ A{Z=[]r1`E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ajr]&H4
} `)&-;CMY
3lqR(Hh3
private void PlayWav() k+{-iPm{
{ .ZFs+8qU>
MessageBox.Show("Play the wav file."); s@E"EWp0
} 5u
MP31
p}hOkx4R\
public void Play(string audioType) [bIdhG
{ ;WC]Lf<Z^
switch (audioType.ToLower()) 3 ~0Z.!O
{ G)';ucs:,
case ("mp3"): {j+w|;dZF
PlayMp3(); Ka&[
Oz<w
break; G,e>dp_cPu
case ("wav"): b-'41d}Hn
PlayWav(); "D'A7DA
break; mEmznA
} ~z$vF
} I#zrz3WU
} M%7{g"J*
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 y~w2^VN=
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ^I@1y}xi
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Eg-3GkC
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 3*"$E_%
二、面向对象设计思想 !s06uh
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! F=U3o=-:
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: 'due'|#^
public class MP3 ya0L8`q
{ o;.PZi2k
public void Play() .$y}}/{j?[
{ t&T0E.kh*X
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Jiyt,D*wX
} tI0d!8K
} iY1%"x
Fd*)1FQKT
public class WAV ATp7:Q
{ v*SSc5gFG
public void Play() Lg0Vn&k
{ ^E*W
B~
MessageBox.Show("Play the wav file."); G.OAzA13!t
} uo;aC$US
} ~CgKU8
D0Yl?LU3
Public class MediaPlayer Z{s&myd
{ [`nY/g:
switch (audioType.ToLower()) kNP.0
{ sgp5b$2T.
case ("mp3"): s+&Ts|c#
MP3 m = new MP3(); r|wB&
PGW
m.Play(); }CnqJ@>C5
break; ~G|un}g=
case ("wav"): >Ig%|4Hw
WAV w = new WAV(); ++d(}^C;
w.Play(); wNMg Y
break; c
Q:.V
} ,S5tkTa
} M>W-lp^3
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 8.FBgZh*
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Pz#D9.D0
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ngJi;9X8*t
public class AudioMedia 6REv( E]
{ _9!*laR!2
public void Play() =!u9]3)
{ 7OY<*ny
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); M\O6~UFq!
} [ fvip_Pt
} 5ws|4V
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 os6p1"_\f
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ,CqJ((
public abstract class AudioMedia [SGt ~bRJ
{ '{=dEEi
public abstract void Play(); y+xw`gR:
} 09z%y[z
-;pZC}Nd3
public class MP3:AudioMedia #eSVFD5ZU
{ ^2Sa_.
public override void Play() <Wc98m
{ fDyFkhc
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); \`?#V xz
} :K&>
} 2,,zN-9mt
:N03$Tvl
public class WAV:AudioMedia %qA@)u53
{ C@+"d3
public override void Play() Q`mw2$zv
{ jR8~EI+
MessageBox.Show("Play the wav file."); +~,
qb1aZ
} &atT7m
} o('W2Bs-o
#hL<9j
public class MediaPlayer rN6@=uB
{ MgJiJ0y
//根据需要完成任务的单向分派 p&1IK8i"
public void Play(AudioMedia media) @k+Z?Hp
{ Cb}hE
ro
media.Play(); A*l(0`aWq
} ECHl9;
+
} }`k >6B
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 +N0V8T%~z.
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 S"?py=7
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: M7Ej#Y
public abstract class VideoMedia oXw} K((|
{ O8BxXa@5
public abstract void Play(); >
Q1r^
} cU}j
Whu
`P;fD/I
public class RM:VideoMedia 'Y23U7 n0B
{ l:NEK`>i
public override void Play() Y9F78=Q
{ yjCY2T E
MessageBox.Show("Play the rm file."); Hb&-pR@e\?
} }\5^$[p
} xLht6%o*
,aI 6P-
public class MPEG:VideoMedia W]|;ZzZ=m
{ 5=CLR
public override void Play() i9}n\r0=c
{ _2{i}L
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); <d$kGCz
} 7aTo!T
} $I(2}u?1+d
z,XM|-"#<K
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 `X?l`H;#
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: x9r5 ;5TI
*au&ODa
public interface IMedia k1y&'3%
{ >O[# 661
void Play(); cWIX!tc8
} ai"Kd=R
~ar8e
public abstract class AudioMedia:IMedia P\bW k p0
{ u->UV:u
public abstract void Play(); k!E`Xeob
} ;;BQuG
mj :8ZZ
public abstract class VideoMedia:IMedia jM1|+o*Wr
{ Cec!{]DL&
public abstract void Play(); hnS
~r4
} N3E Qq~lX
?b, eZ+t
这样再更改MediaPlayer类的代码: '/
3..3k
public class MediaPlayer 8YFfnk
{ 6TS+z7S81L
public void Play(IMedia media) R7cY$K{j
{ 8^ju=
media.Play(); e$QX?y .
} )ARfI)<1b
} R^P~iAO
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w'ZL'/d
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 UzFd@W u#
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Q)yhpwrX
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cl{x5>.'#
{ 2J rr;"r
IMedia media = null; 69(z[opW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
HB`u@9le
{ {c|nIwdB
case ("mp3"): P:t|'t
media = new MP3(); A:[La#h|p
break; @m! ~![
//其它类型略; ],R rk]1
case ("rm"): G\tT wX4
media = new RM(); L<]j&
break; {'G@- +K
//其它类型略; ^#e:q
} My'M~#kO,
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 9a2Ga
player.Play(media); y.5mYQA4=[
} Z'<=06
Wcn3\v6_
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 >[,Rt"[V
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 kvv-f9/-
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 {4ON2{8;4
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 zTrAk5E
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: 6'395x_.\
public interface IMediaFactory u*{hXR-"
{ Y'S xehx
IMedia CreateMedia(); 4fw>(d(2
} 016l$K4
}q T @.
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: =| S8.|r+
public class MP3Factory:IMediaFactory qfvd(w
{ ]ms#*IZ
public IMedia CreateMedia() Q[scmP^$^
{ #*,Jqr2f
return new MP3(); =#n05*^
} "2+>!G RQ
} NWNH)O@
//其它工厂略; #>O,w0<qM
F}<&@ 7kF
public class RMFactory:IMediaFactory KM< +9`
{ f(
hK>H
public IMedia CreateMedia() Hs~M!eK
{ uCF+Mp
return new RM(); 6(B0gBCId
} 7xB#) o53
} t= "EbPE
//其它工厂略; HI#}M|4n
NS-u,5Jt
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ?*K;+@EH
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: *:\-:*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @jN!j*Y H
{ =r3Yt9
IMediaFactory factory = null; \K`AO{ D@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) huWUd)Po%
{ r.xGvo{iY
//音频媒体 .hn{m9|U
case ("mp3"): bPC {4l
factory = new MP3Factory(); fC.-* r
break; -
4' yp
//视频媒体 dwv xV$Nt
case ("rm"): wWY6DQQB
factory = new RMFactory(); # Fw<R'c
break; ]2QZ47
//其他类型略;
'`T.K<
} [esjR`u
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); K_ Y0;!W
player.Play(factory.CreateMedia()); FlOKTY
} vlw2dY@^
8II-'%S6q
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。 3F5r3T6j}
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: J;+tQ8,AP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |q^e&M<
{ ?T7`E q
IMediaFactory factory = null; FfI$3:9
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) "@Ra>qb
{ j,/OzVm9
case ("mp3"): !\JG]2 \
factory = new MP3Factory(); =:P9 $
break; ;Y?7|G97*S
//其他类型略; @za?<G>!'e
case ("rm"): `XP]y=
factory = new RMFactory(); hx+a.N
break; Mto3Ryic!
//其他类型略; K*'(;1AiW
} t2BkQ8vr
IMedia media = factory.CreateMedia(); +NxEx/{
media.Play(); 2fO ~%!.G
}
0
!E* >
&e7yX
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。 JiDX|Q<c
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。 <uU AAHi
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。 ;s3"j~5m)
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: Axk
p
~kS~v
<appSettings> @+syD
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> .Ig`v
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> (5_l7hWY
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 7{D+\i
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 6G/)q8'G
</appSettings> /cJ$`
pN
wDem
}uO
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: "}\z7^.W>
private void InitMediaType() 2"'0OQN0\
{ -tF5$pb'
cbbMediaType.Items.Clear(); RB\>$D
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) AXH4jQw
{ G( nT.\
cbbMediaType.Item.Add(key); |w>"oaLN|Q
} .m7iXd{
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; NrgN{6u;
} bRLmJt98P
[bJ"*^M)
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: HMgZ&v
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gD _tBv
{ YXg:cXE8e
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); VaZS_qGe:
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); hs2f3;)
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; (+@3Dr5o0}
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $Z+N* w~8
factoryDllName).Unwrap(); 6IPhy.8
IMedia media = factory.CreateMedia(); yHCQY4/
media.Play(); Gw~^6( Qu
} @-kzSm
}&y>g0$@
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。 "0`r]5 5d
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: }}cVPB7
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 F!|Z_6\tv:
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!