面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) Z(p kj
2f1WT g)
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。 YEoQIR
一、传统过程化设计思想 xzg81sV7
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: ffK A
public class MediaPlayer x^kV;^ I
{ 5V&3m@d0aq
private void PlayMp3() *TY?*H
{ 7/lXy3B4
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); T:aYv;#0
} ~6`HJ
!Q!==*1H
private void PlayWav() -QL_a8NL
{ {D1"bDZ
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ml1sE,BT
} `_C4L=q"
5v4
,YHD
public void Play(string audioType) m72r6Yq2@
{ K_
P08
switch (audioType.ToLower()) Qvh: hkR
{ y^:!]-+
case ("mp3"): S6gg(nNe
PlayMp3(); :T(3!}4
break; H8+7rM
case ("wav"): /t`s.!k
PlayWav(); LutP&Ebt8
break; "ewSh<t
} Fyy)665x/
} A+*M<W
} d@~Hp?
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。 _,:gSDW|
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。 ( /{Wu:e
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! hER]%)#r
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。 ,$ L>
二、面向对象设计思想 )%lPa|7s
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! H(U`S
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: 4(>|f_$
public class MP3 [k-Q89
{ lAU`7uE
public void Play() wP.b2X_V
{ }p 0\
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); HV@C@wmg
} Su99A. w
} d 6 t#4!
?yop#tjCbY
public class WAV rf_(pp)
{ fB+4mEG@
public void Play() (055>D6
{ L=4%MyZ.e
MessageBox.Show("Play the wav file."); Zq7Y('=`t@
} <eP`Lu"
} 9frLYJz"
>ENZ['F
Public class MediaPlayer ssGp:{]v/
{ e ?FjN 9
switch (audioType.ToLower())
1+|s
{ }t }y
case ("mp3"): nen(
MP3 m = new MP3(); `R@1Sc<*|
m.Play(); ?S^ U-.`
break; Vx$ ?)&
case ("wav"): *#p}>\Y{
WAV w = new WAV(); T.\=R
w.Play(); ;oW#>!HrY
break; *@`Sx'5!
} : p# 5nYi
} ' jAX&7G`
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。 qKu/~0a/
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) JB.f7-
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。 M?m Pi 3
public class AudioMedia .YYfba#{
{ ,@1rP 55
public void Play() w1tWyKq
{ 6U|An*
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); s`Z|
A
} .!|\Y!]^r
} jroR2*
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)。 0;9X`z
J
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: 5=Cea
public abstract class AudioMedia r ]JV!'R
{ V0 70oZ
public abstract void Play(); BN??3F8C
} s6=jHrdvv
X@;;
h
public class MP3:AudioMedia oPP`)b$x
{ >@?!-Fy5
public override void Play() ~jcdnm]
{ }7)iLfi
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E6+c{4 1B
} wD+4#=/j
} &c[.&L,w4
k# -u!G
public class WAV:AudioMedia ndW]S 7
{ )LOV)z|}
public override void Play() t!^ j0 q
{ S9\_ODv
MessageBox.Show("Play the wav file."); Lg6;FbY?
} eO7 )LM4
} 2>`m1q:
cg`bbZ
public class MediaPlayer L>xecep
{ g~ubivl2
//根据需要完成任务的单向分派 ~)ut"4
public void Play(AudioMedia media) VINb9W}G[
{ {\:"OcP #
media.Play(); 1nGpW$Gx
} 2h=QJgpCG
} Z'hHXSXM
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)。 !q]@/<=
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。 'P'f`;'_DC
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: ":igYh
public abstract class VideoMedia ,u.G6"<
{ vG X
L'k
public abstract void Play(); M/?*?B
} o/dj1a~U
\\U,|}L .
public class RM:VideoMedia ULT,>S6r
{ -!Ov{GHr0
public override void Play() y6#AL<W@=
{ 2g0_[$[m
MessageBox.Show("Play the rm file."); 8&q[jxI@8
} pUV4oyGV
} Uw!N;QsC
Pi/V3D)B
public class MPEG:VideoMedia kH4xP3. i
{ W=-:<3XL
public override void Play() WR:I2-1
{ =&8 Cg
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )#%v1rR
} yxx9h3
} 1iLrKA
e-E0Bp
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 *'l|ws
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: f3;.+hJ])
bz'#YM
public interface IMedia zEBUR%9
{ NQ3EjARZt
void Play(); UiE 1TD{
} Bjc<d,]
\bXusLI!l
public abstract class AudioMedia:IMedia (JX 9c
{ H{1'OC
public abstract void Play(); MP6Py@J45
} ;N(9nX}%)
Z%m\/wr
public abstract class VideoMedia:IMedia B'}pZOa[Wb
{ lnQfpa8j
public abstract void Play(); bCfw,V{sce
} DnP
"7}v
^l8&y;-T
这样再更改MediaPlayer类的代码: bc3 T8(
public class MediaPlayer Bw Cwy
{ bmP2nD6
public void Play(IMedia media) 0wE)1w<C~
{
Neb")
media.Play(); [sc4ULS &
} {kOTQG?y
} *]K/8MbiF
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Oj]4jRew
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ;N?raz2mEi
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 s2kom)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 38zG[c|X
{ /w/um>>K.
IMedia media = null; P9f,zM-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ox%.We5
{ 7=`_UqCV
case ("mp3"): Cj5=UUnO
media = new MP3(); @AfC$T
break; L (@".{T
//其它类型略; EC8 Fapy
case ("rm"): \Y$@$)
media = new RM(); D:=Q)Uh0I
break; 2t}^8
//其它类型略; Xaw&41K
} 6` 4,
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); AAc*\K
player.Play(media); XCyAt;neon
}
%G>
:zK\t5
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 FCIA8^}s
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。 N / Fa^[
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。 dw YGhhm
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。 6}JW- sA
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: f7v|N)
public interface IMediaFactory ;=lQMKx0
{ @!KG;d:l
IMedia CreateMedia(); I4Rd2G_
} Wagb|B\
t2_pwd*B
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: B!AJ*
public class MP3Factory:IMediaFactory 9Ac4'L
{ bFB.hkTP
public IMedia CreateMedia() ,7os3~Mk9
{ :TRhk.
return new MP3(); X$(YCb
} f\X7h6k8{
} EHH+)mlo
//其它工厂略; E5Zxp3 N
V]W-**j<
public class RMFactory:IMediaFactory l|L
]==M
{ (_n U}<y_i
public IMedia CreateMedia() &pFP=|Pq
{ EY}*}- 3
return new RM(); Z@gEJ^"yA"
} JWVn@)s
} V2o1~R~
//其它工厂略; 58[.]f~0
F-GrQd:O=
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。 %'&_Po\
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: >p>B-m
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~yu\vqN
{ V7)<MY
IMediaFactory factory = null; Q7pjF`wu
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) d37|o3oC
{ r68d\N`.
//音频媒体 %mNd9 ]<
case ("mp3"): XLj|y#h
factory = new MP3Factory(); n0vhc; d
break; ={B?hjo<-
//视频媒体 NxrfRhaU3
case ("rm"): 3Q2z+`x'
factory = new RMFactory(); TQ69O +
break; i/j eb*d0
//其他类型略; Jk_}y
} .2x`Fj;o1
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ueLdjASJ
player.Play(factory.CreateMedia()); >vZ^D
} h"4i/L3aAh
gT#hF]c:
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。 ;G4g;YHy|
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: 1+9}Xnxb
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x.ucsb
{ IP+.L]S
IMediaFactory factory = null; Z3N^)j8
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) yv2wQ_({
{ ;hCUy=m.
case ("mp3"): @!,W]?{
factory = new MP3Factory(); _\u?]YTv
break; d#u*NwY}
//其他类型略; R:,
|xz
case ("rm"): =S<