面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ?5~!i9pY
fPz=KoN
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。 S0xIvzS
一、传统过程化设计思想 'Y)/~\FI
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: [.3sE
public class MediaPlayer
8 +(c 1
{ !-(J-45
private void PlayMp3() {B^pnLc
{ kI+b <$:D
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Qp+lJAY
} q/'MS[C
Au=kSSB
private void PlayWav() aBlbg3 q
{ d*9j77C ]
MessageBox.Show("Play the wav file."); [V5-%w^
} CWMlZVG
~@fanR =
public void Play(string audioType) OqEHM%j
{ RKk"
switch (audioType.ToLower()) l $ Zs~@N
{ J/7u7_
case ("mp3"): M?hFCt3Y
PlayMp3(); <2)v9c
break; Y6;@ /[_
case ("wav"): c Vg$dt
PlayWav(); 4vGbG:x
break; )"~=7)~<^
} 4K #^dJnC
} .~,^u
} V=9Bto00
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 +/_!P;I
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 !F,s"
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! !Bncx`pl
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 i*A$SJ:}
二、面向对象设计思想 ^Kum%<[i
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! UP*yeT,P,
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: u[J7Y
public class MP3 Y-7.Vjt^
{ Tvrc%L(]
public void Play() P.1Qc)m4
{ d!!3"{'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); T~|PU{
} 2dyxKK!\a
} _<Vg[-:1
b)y<.pS\
public class WAV {4)5]62>u
{ :z124Zf
public void Play() WiwwCKjSa
{ vT}pbOTh
MessageBox.Show("Play the wav file."); NIL^UN}
} 10TSc
j
} bY&YSlO
`7$Oh{67
Public class MediaPlayer
,gx$U@0Z
{ I')x]edU
switch (audioType.ToLower()) cnYYs d{
{ /Sh4pu"'
case ("mp3"): *fOIq88
MP3 m = new MP3(); DW4MA<UQ
m.Play(); ls]Elo8h1f
break; 9Mut p4#
case ("wav"): fl!1AKSn@N
WAV w = new WAV(); :.C)7( 8S
w.Play(); YFAnlqC
break; 0=gF6U
} ua!D-0
} Q.uR<C6)v
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。 tUn&z?7bF
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) eb(m8vLR
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。 >4#tkv>S.
public class AudioMedia &a~L_`\'
{ C`z;,!58%
public void Play() =b|)Wnt2f
{ BD?F`%-x
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); J$<:/^t
} ,at-ci\'
} <"{+
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 5auL<Pq
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: O]4W|WI3
public abstract class AudioMedia #SK#k<&P
{ U8U/?zW/&
public abstract void Play(); E^'C" 6
} R|6RI}
i"ck`6v"8
public class MP3:AudioMedia C-_w]2MM
{ J>/Ci\OB
public override void Play() OcLg3.:L
{ }NR`81
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~rQ4n9G
} 0 %C!`7
} |ORmS&7
v] W1F,u
public class WAV:AudioMedia ~x9 W{B]
{ deHY8x5uI
public override void Play() oR4fK
td
{ iRkOH]+K
MessageBox.Show("Play the wav file."); 0<6rU
} .[]{
Q
} ~mHXz
5mDVFb 3a
public class MediaPlayer ;e`D#khB
{ CvgPIrl
//根据需要完成任务的单向分派 HFpjNR
public void Play(AudioMedia media) k
QB 1=c
{ *_}IeNc
media.Play(); LS*{]@8q
} Sj,4=a
} V;/
XG}M
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 1"*Nb5s
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 U1OLI]P
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: O1l4gduN|i
public abstract class VideoMedia Q';\tGy
{ 5EVB27k
public abstract void Play(); }39M_4a&
} (e>RNn\
P6.) P|n7=
public class RM:VideoMedia 1e+h9|hGYw
{ 0Ax>gj-`
public override void Play() Hz8Jgp
{ rjhs?
MessageBox.Show("Play the rm file."); 'Y,+D`&i)
} )< X=z
} PxdJOtI"
?w c3+?\J
public class MPEG:VideoMedia rPrEEWS0)
{ iT)2 ?I6!
public override void Play() mmh nw(/
{ Q#d+IIR0gK
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); x`/m>~_
} z|oA{VxW>
} <yX@@8
h$:&1jVY{
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。 }0(vR_x
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: N6-2*ES
Ae,2Xi
public interface IMedia
b{9HooQ{
{ ORFr7a'K
void Play(); !>"INmz
} f@,hO5h(_|
>TH-Q[
public abstract class AudioMedia:IMedia c +"O\j'
{ {VrAh*#h
public abstract void Play(); Vj9`[1}1Z
} ~7eUt^SD;
qHcY
2LV
public abstract class VideoMedia:IMedia q?gQ
{ *NX*/(Q
public abstract void Play(); *$*nY [/5
} iq[2H$
reD[j,i&t.
这样再更改MediaPlayer类的代码: &?uzJx~
public class MediaPlayer s\n,Z?m
{ yE!7`c.[u
public void Play(IMedia media) Xs#?~~"aC
{ q]wn:%rX
media.Play(); D7n&9Z
} QWIOim-
} e!L sc3@
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 l{%Op\
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。 $6]x,Ct
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 m+G0<E%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) .D M1Knj
{ A~%g"
IMedia media = null; sOrY^cY;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) XEe+&VQmY
{
^.><t+tM
case ("mp3"): `Q!FMv6Y^
media = new MP3(); o@Cn_p^X
break; ?><
//其它类型略; lD+y,";
case ("rm"): BGk<NEzH
media = new RM(); 2EI m
break; 7\|NYT4
//其它类型略; GoZJDE3
} JUUF^/J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); IhFw {=2*
player.Play(media); NnSI)*%'
} "S:NU.c?
LTlC}3c28f
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 RQ$o'U9A
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。 -`ys pE0?
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。 1 _:1/~R1
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。 nk?xNe4
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: N]P*6sf-6
public interface IMediaFactory $=6kh+n@
{ EJSgTtp2
IMedia CreateMedia(); E6KBpQcd[
} =[CS2VQ'
hH@o|!y
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: Y9c9/_CSj
public class MP3Factory:IMediaFactory IWbp^l+!t
{ k)4lX|}Vm
public IMedia CreateMedia() ";!1(xZr
{ hG0lR.:
return new MP3(); 4OESsN$O
} 8^ ZM U{
} 3=eGS
//其它工厂略; My43\p
xQ(KmP2hl
public class RMFactory:IMediaFactory dpOL1rrE
{ ~d<`L[
public IMedia CreateMedia() iLQt9Hyk
{ vp}>#&
return new RM(); V,*0<7h
} ?@uK s4
} ?PU(<A+
//其它工厂略; ,`B>}
j2v[-N4 {J
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。 =S7C(;=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: EKJc)|8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8~L.6c5U
{ =dw*B
IMediaFactory factory = null; ;@;ie8H
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W0 ,"V'C
{ gT\y&
//音频媒体 {/VL\AW5$
case ("mp3"): jwE(]u
factory = new MP3Factory(); eNk!pI7g
break; `[HoxCV3o
//视频媒体 otnY{r*
case ("rm"): +^3L~?
factory = new RMFactory(); o\V4qekk
break; Gpp}Jpj
//其他类型略; 22(]x}`
} ~a0}
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); d'@H@
player.Play(factory.CreateMedia()); #(wzl
} #Ew
eG^!#
?+JxQlVDt-
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。 EO!cv,[a
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: 9g,L1 W*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -,CndRKx
{ {]^%?]e
IMediaFactory factory = null; sT T455h)
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {xb%P!o`
{ [A OluS
case ("mp3"): M#jee E-}%
factory = new MP3Factory(); q8yJW-GA
break; kQiW 5
//其他类型略; ^=M(K ''
case ("rm"): \(7# N<-
factory = new RMFactory(); g&(~MD2{
break; ]KPg=@Q/
//其他类型略; KVe'2Q<
} )(
jNd&H
IMedia media = factory.CreateMedia(); l4.@YYzbp.
media.Play(); 0JWD] "
} |^9ig_k`
MM)/B>c Qt
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。 ykl=KR
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。 n'(n4qH2#s
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。 )ZT0zIG
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: @T=HcUP)
|N3CoB
<appSettings> k |aOUW
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> -VT?/=Y
s
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> zpQ/E
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> fi@+swfc
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> kFs kn55
</appSettings> UDq KF85H
iKTU28x
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: _=$!T;}lE
private void InitMediaType() 4Tw1gas.
{ 1|$Rzt%ge
cbbMediaType.Items.Clear(); \$Qm2XKrK
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) L|Gk}n
{ ;,hoX6D$
cbbMediaType.Item.Add(key); tg`!svL!
} 2Mi;}J1C{
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; z:,!yU c
} ><[.
r*xw\
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ?4||L8j2^
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L6}x3
{ [5d][1=
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 5'[X&r%#
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); u\;dUnr
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; q2pao?aa
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 9&FV=}MO
factoryDllName).Unwrap(); ,TA[el%#
IMedia media = factory.CreateMedia(); j`pR;XL1[
media.Play(); i*E`<9
} ee?ZkU#@
%* ;
8m'
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。 c|a|z}(/J
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: `lOoT
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Xr;noV-X
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!