面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) k(;c<Z{?1
zSiSZMP"
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。 :bA@
u>
一、传统过程化设计思想 AT{ewb
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: g{cHh(S
public class MediaPlayer cKX6pG
{ 1Bz'$u;
private void PlayMp3() FT*
o;&_QS
{ jbqhNsTNK
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ^Q?I8,4}
} !Ax 7k;T
+0O{"XM
private void PlayWav() h,V#V1>Hu
{ Cu\A[6g,
MessageBox.Show("Play the wav file."); w^&TG3m1~
} ZC1U
iM Xl}3
public void Play(string audioType) m
dC.M$
{ B94mh
switch (audioType.ToLower()) ;Db89Nc$
{ 1&
k_&o
case ("mp3"): 3a4 ]{
PlayMp3(); 8F<Qc*'
break; X3:-+]6,d
case ("wav"): j]"Yzt~u
PlayWav(); UP]J`\$o
break; m GWT</=[$
} "l&sDh%Lk<
} &0
VM <
} {=,?]Z+
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。 rY>{L6d
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。 15r<n
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! `
m`Sl[6
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。 !o 7uZC\
二、面向对象设计思想 .JpYZ |
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! -NVk>ENL4
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: )G6]r$M>o0
public class MP3 qfY.X&]PU
{ [JGa3e
public void Play() 'C~NQ{1TV
{ (0qdU;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0n_Cuh\
} O4&/g-
} IjDG
~`{HWmah
public class WAV mLO{~ruu
{ IrXC/?^h
public void Play() n\ma5"n0=\
{ Y:VM5r)
MessageBox.Show("Play the wav file."); I/GZ
} %f@VOSs
} C/[2?[
OZ_'&CZ
Public class MediaPlayer ~R) Km`t
{ S&V5zB""n
switch (audioType.ToLower()) 'W$jHs
{ f$k#\=2%
case ("mp3"): )4a&OlEI
MP3 m = new MP3(); CPGXwM=
m.Play(); e@L'H)w,
break; h2KXW}y"4
case ("wav"): @)m+O#a
WAV w = new WAV(); F5J=+Q%8[&
w.Play(); ;G~0 VM2|
break; 9h$-:y3
} o"v>
BhpC
} $<]y.nr|CX
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 /PIU@$DV
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) >.#uoW4ZV
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。 RH. oo&
public class AudioMedia
mYb8
{ jo<[|ZD
public void Play() 9\Mesf1$o
{ FQ?H%UcW
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); xN}P0
} 0pu])[P]_[
} -2tX 15,
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)。 Eln"RKCt}9
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: {:Z# 8dGe
public abstract class AudioMedia S]1+tj
{ [8SW0wsk
public abstract void Play(); cCU'~
} ,I@4)RSAH|
"^<:7 _Y
public class MP3:AudioMedia Qkk~{OuC
{ 4%p5X8|\ih
public override void Play() TRAs5I%
{ t_,iV9NrZ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #joU}Rj|
} u3 ?+Hu|*T
} $&k2m^R<
E[htNin.B~
public class WAV:AudioMedia XT= #+
{ 4\2p8__
public override void Play() \Ul*Nsw
{ =}r&>|rrJ
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3VA8K@QiRm
} S5v>WI^0h
} Q_6./.GQ
P}&7G-
public class MediaPlayer N!"GwH
{ KL.{)bi
//根据需要完成任务的单向分派 0tn5>Dsk
public void Play(AudioMedia media) n4k.tq
{ 8o4<F%ot
media.Play(); F!`.y7hY@
} g=b[V
} $|6Le;
K
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)。 cdP+X'Y4D
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。 ))G%C6-
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: u;&`_=p
public abstract class VideoMedia
4m#i4
{ <5[wP)K@
public abstract void Play(); =[t( [DG
} )Ah
:'I mz
public class RM:VideoMedia lEZ[0oa
{ RURO0`^
public override void Play() _ZzPy;[i?
{ qJ"dkT*
MessageBox.Show("Play the rm file."); 9qwVBu ;
} wXXv0OzK
} j^iH[pN] \
|m k $W$h
public class MPEG:VideoMedia j=dHgnVvj
{ PM=I
public override void Play() SP
HeI@i
{ ~LO MwMHl
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); vCbqZdy?
} 4p>@UB&U
} 9Wx q
5
;dg#hO
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。 *M+:GH/5
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: *[W! ng
4=F~^Xc`
public interface IMedia N;-+)=M,rf
{ t}nZrD
void Play(); IH[/fd0
} f:"es: Fb
mN3%;$ND7
public abstract class AudioMedia:IMedia $L:g7?)k
{ :r^i0g|5P
public abstract void Play(); Iy|]U&`
} .yi.GRk
xE;fM\7pu
public abstract class VideoMedia:IMedia o0s+ roiD
{ LL9Mty,
public abstract void Play(); ]wa?~;1^&
} 8-juzL}
Jev@IORN\
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?h
K+h .{
public class MediaPlayer \^N9Q9{7]
{
6=A++H@
public void Play(IMedia media) rx_'(
{ N[aK#o,
media.Play(); {x2N~1!E
} [_-CO}>
} vj?9X5A_
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 HEjV7g0E
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 D\j1`
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 -U%wLkf|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) G:u[Lk#6K
{ /d'^XYOC
IMedia media = null; ,W*<e-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z56W5g2
{ ]Z<{
~
case ("mp3"): s'~_pP
media = new MP3(); 2c8,H29
break; z%+?\.oH
//其它类型略; G-M!I`P
case ("rm"): 1/a*8vuGh
media = new RM(); YDjQ&EH
break; m>zUwGYEu
//其它类型略; us`hR!_
} ZW+{<XTof4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); t4h05 i
player.Play(media); M9bb,`X>Q
} l4R:_Z<
6],5X^*Y
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 NYR^y\u
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 #ye++.7WK
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 uO7Ti]H
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Uy_`=JZ
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: jn)~@~c
public interface IMediaFactory bB)EJCPq>
{ *RxbqB-
IMedia CreateMedia(); aWe
H,A%
} >L&>B5)9
N1#*~/sXh
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: r(cS{oni
public class MP3Factory:IMediaFactory PJA 1/"
{ c/T]=S[
public IMedia CreateMedia() Z33wA?9
{ ?F?!QrL
return new MP3(); ua4QtDSs
} "28x-F+J
} G_42ckLq
//其它工厂略; 2+"#
@*%5"~F
public class RMFactory:IMediaFactory @zd)]O]xH?
{ *e_ /D$SC
public IMedia CreateMedia() ;zSh9H
{ O;qS3
return new RM(); H1hj` '\"<
} U]e;=T:3
} .f(x9|K^
//其它工厂略;
]MUuz'<
Eg
w ?
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。 3ufUB^@4v
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: 5zfaqt`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /:U\U_j
{ sFCoRH|"c
IMediaFactory factory = null; /JR*X!&"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !u\ X,.h
{ ]d% hU
//音频媒体 Q4c>gds`
case ("mp3"): YEVH?`G
factory = new MP3Factory(); zJdlHa{
break; / x$O6gi
//视频媒体 D_@r_^}
case ("rm"): q'K=Ly+
factory = new RMFactory(); r%_)7Wk*
break; ZZl)p\r
//其他类型略; eT}c_h)
} JRU)AMMU&
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tOp>OoD
player.Play(factory.CreateMedia()); <5C3c&sds
} 4\Q ?4ZX
']}ZI 8
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。 aQinR"o
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: nW{7L
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6AZ/whn#
{ Pfi '+I`s
IMediaFactory factory = null; AbLOq@lrK
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ;znIY&Z
{ tM{t'WU
case ("mp3"): --
_,;
factory = new MP3Factory(); ZHw)N&Qn
break; _Y}(v((;
//其他类型略; e[R364K
case ("rm"): #XC\=pZX
factory = new RMFactory(); ">CjnF2>R
break; q|gG{9
//其他类型略; [gH
vI
} WI}P(!h\J
IMedia media = factory.CreateMedia(); _?O'65
media.Play(); #Q$9Eq8"[
} a{Tv#P*!
1_GUi
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 MlS<txFPS
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 =wI,H@
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ~{U~9v^v(
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件:
C4Bh#C
{!'AR`|
<appSettings> QXgh[9wG
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> =$Xdn'
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> $Wb"X=}tl
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> cq@8!Eu w]
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> h7I_{v8
</appSettings> qrm~=yU%
mpXco *!_
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: Td"f(&Hk&
private void InitMediaType() oDM}h
+
{ <P}{0Y~@*W
cbbMediaType.Items.Clear(); HPr5mWs:
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) A*MlK"
{ H.wp{m{
cbbMediaType.Item.Add(key); dO rgqz`e
} p# O%<S@?
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; H4^-M Sw
} X^fMt]
}MXZ
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: yv4hH4Io
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ldi'@^
{ y=5s~7]
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); x1Z?x,-D"
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); wdl6dLu
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 7P=1+2V
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, UiaY0 .D
factoryDllName).Unwrap(); m{gt(n
IMedia media = factory.CreateMedia(); :4&qASn
media.Play(); xJN
JvA
} ]W-:-.prh
Zpl?zI
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。 & UL(r
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: T4o}5sq}S
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 eP[azC"G[
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!