面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) sRZ:9de+
5dgBSL$A}]
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。 M)J *Df0@
一、传统过程化设计思想 ^X&9"x)4
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: "qj[[LQ
public class MediaPlayer `5 6QX'?
{ )2FO+_K?T
private void PlayMp3() tH'VV-!MZ
{ vR)7qX}
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6fV)8,F3
} '!2t9B8XX
NdNfai
private void PlayWav() %7d"()L
{ n21$57`4
MessageBox.Show("Play the wav file."); c}QJ-I
} wi9|
Q
jBCkx]g
public void Play(string audioType) Yjl0Pz.q
{ }-L@AC/\#
switch (audioType.ToLower()) e6R"W9
{ yQA[X}
case ("mp3"): S!q}Pn
PlayMp3(); Lq [wabF
break; %8*d)AB:
case ("wav"): 6g"<i}_|
PlayWav(); qE{cCS
break; q8h{-^"
} Q'a N|^w"f
} 1ZL_;k
} fv_wK_.
%:
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 GiZ'IDV
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 !p&'so^-W
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! "<2bjy
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 *i{.@RX?
二、面向对象设计思想 8QN8bGxK
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! d*>k
]X@G
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: JKT+ q*V
public class MP3 ,j nRt%W
{ Uu
X"AFy~\
public void Play() s4$m<"~
{ 4sj%:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); nwo!A3w:
} 8e@JvAaa$
} 7S2F^,w
|+:ZO5FaO
public class WAV D%idlL2%J
{ >>bYg
public void Play() _cw^5
{ ]'h)7
MessageBox.Show("Play the wav file."); Rdg0WT*;j
} M0zD)@
} W`'|&7~
V
3]p3
Public class MediaPlayer WHZng QmY
{ ^.C X6%
switch (audioType.ToLower()) 'r n;|K
{ "|'`'W
case ("mp3"): `Y\/US70{c
MP3 m = new MP3(); 9`v:$(I
m.Play(); 9(F?|bfk
break; LQ@|M.$A
case ("wav"): IJc#)J.2A
WAV w = new WAV(); _~nex,;r
w.Play(); R{o*O_qX
break; #@6L|$iX
} >1U@NK)HfY
} D:ugP,
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 N#)VD\m
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) G`#gV"PlC
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 4_%FSW8-
public class AudioMedia
CDYx/yO
{ uHro%UAd
public void Play() ^X;Xti
{ ~fp+@j-A
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 3t8H?B12ow
} -fx88
} O|&TL9:
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 fF>qU-
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: YaZt+WA
public abstract class AudioMedia |~uzQU7
{ PBs<8xBx^
public abstract void Play(); g**%J Xo
} *z"1MU
OEE{JVeI
public class MP3:AudioMedia =P;;&j3Z
{ '>|*j"jv-
public override void Play() Kc[u}
. U
{ ).!14Gjo
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @
KPv&UB
} e~s7ggg2k
} '+I
2$xE
K}=8:BaUL
public class WAV:AudioMedia UVCMB_T
{
01c/;B
public override void Play() X_({};mz
{ <SM&VOiaOz
MessageBox.Show("Play the wav file."); ;~:Ryl M
} q AVfbcb
} .(dmuV9
/9+A97{
public class MediaPlayer A Wh*<H
{ Vc52s+7=8
//根据需要完成任务的单向分派 b)hOzx
public void Play(AudioMedia media) FV6he[,
{ 7k t7^V<
media.Play(); =E}%>un
} `{|}LFS>
} &Y>~^$`J
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 _ K+V?-=
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 0HJqsSZ$mW
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: Go+xL/f
public abstract class VideoMedia F}B/-".^
{ Ddl% V7
public abstract void Play(); 7YXXkdgbd
} ?tC}M;~
{8Jk=)(md
public class RM:VideoMedia Kpp*^
{ FP'u)eU&3
public override void Play() SeZT4y*=
{ GE~(N N
MessageBox.Show("Play the rm file."); E2h;hr;W
} WQLHjGehe
} t2-nCRXEP
k`7.p,;}U
public class MPEG:VideoMedia zUEfa!#?
{ 4=F]`Lql
public override void Play() `\|3
~_v
{ ,4>WLJDo
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); /Xu;/MMpd3
} Z:o
86~su
} Vi?~0.Z%
gLxT6v5wk.
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。 *L4]\wf
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: _KM $u>B8
hKH$AEHEU}
public interface IMedia IQlw 914
{ 3dxnh,]&@
void Play(); yrE,,N%I
} w-'D*dOi
_5U%'\5s
public abstract class AudioMedia:IMedia 'e<HP Ni)
{ D#/%*|
public abstract void Play(); Wq{d8|)1
} {80oRD2=Q
.i3lG(
YG
public abstract class VideoMedia:IMedia 6h:?u4
{ Ql:
b1C,
public abstract void Play(); / 8WpX
} DUuC3^R
{glqWFT
这样再更改MediaPlayer类的代码: A"BtVy[[9
public class MediaPlayer V6z@"+
{ wHt#'`5
public void Play(IMedia media)
m[@%{
{ +Jo 3rX'`
media.Play(); Vyq#p9Q
} -l P )
} w$b+R8.n)
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 y=oVUsG
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 (N*<\6kr
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 qr'x0r|<>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \C+*loLs
{ aJy>
IMedia media = null; 38w.sceaT
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) C)J_lI{^
{ s0\f9D
case ("mp3"): n{.*El>{
media = new MP3(); yBPt%EF
break; jHu,u|e0>S
//其它类型略; E~<(i':
case ("rm"):
d-ag
media = new RM(); un$ Z7W/
break; T1Gp$l
//其它类型略; GCP{Z]u
} [xZ/ZWb/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); C-a*EG
player.Play(media); aDN6MZM
} B@"SOX
k W<Yda<a
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 +7i7`'9pd
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 I=4Xv<F
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 8 l'bRyuS
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 >bX-!<S
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: z)58\rtz
public interface IMediaFactory 9S:{
{ Xq8uY/j
IMedia CreateMedia(); /RJ6nmN@}
} H )BOSZD
`2B*CMW{
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: )(:+q(m
public class MP3Factory:IMediaFactory ,2 zt.aqB
{ u%6Irdx
public IMedia CreateMedia() 3bbp>7V!
{ =~GE?}.o
return new MP3(); kfMhw M8kP
} ZNzR`6}
} g
,/a6M
//其它工厂略; Hv8SYQ|
iGG6Myp-
public class RMFactory:IMediaFactory U}tl_5%)
{ L#
`lQ"`K
public IMedia CreateMedia() U0NOU#
{ W4)kkJ
return new RM(); k1ipvKxp:8
} t$U3|r
} !1ML%}vvB,
//其它工厂略; RL?u n}Qa
Yw6DJY
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。 I#"t'=9H
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: a{<p'_
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V~/.Y&WN
{ 6eOrs-ty
IMediaFactory factory = null;
S304ncS|M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -Qg
2qN2{
{ 2{Wo-B,wt~
//音频媒体 BX@pt;$ek7
case ("mp3"): /SnynZ.q
factory = new MP3Factory(); \n[
392
break; J&A;#<qY
//视频媒体 lkV6qIj
case ("rm"): ` *>V6B3
factory = new RMFactory(); -G8c5b[
break; ;KZrl`
//其他类型略; )8[ym/m
} Ds{{J5Um%
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }0$mn)*k
player.Play(factory.CreateMedia()); }ppVR$7]0
} >Y}7[XK
]\OWZ{T'j
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 DKh}Y
!Q=:
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: >B0D/:R9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6^Ph '
{ 6MuWlCKF8
IMediaFactory factory = null; 4_tR9 w"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) XdcG0D^
{ PfyRZ[3)c
case ("mp3"): !/947Rn
factory = new MP3Factory(); ^"1TPd|
break; WM/#.
//其他类型略; z/S,+!|z
case ("rm"): ~uB'3`x
factory = new RMFactory(); So#dJ>
break; )!cI|tovs
//其他类型略; JX{KYU
} mG_BM/$
IMedia media = factory.CreateMedia(); gA_krK,Z
media.Play(); L!g DFZr
} Q!K`e )R
m=QCG)s
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。 Ivsb<qzG
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。 4YLs^1'TG0
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。 6yI}1g
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: _S"f_W
{7X#4o0
<appSettings> .jU Z
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> S8%n .<OB
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> XvskB[\
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> .|uLt J
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 5@ foxI
</appSettings> :M j_2
kM!V.e[g
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: ?>V6P_r>
private void InitMediaType() Tr&E4e
{ o'Pu'y
cbbMediaType.Items.Clear(); A
W)a">|
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) t[EfOQ
{ &!jq!u$(
cbbMediaType.Item.Add(key); c&f
y{}10
} 6^;^rUlm
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Zn&k[?;Al
} H] k'?;
Pdw#o^Iq^
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: PKA }zZ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) nLy#|C
{ DZe}y^F
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 5lTD]d
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); }>&KUl
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; )47MFNr~>
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, iCTQ]H3
factoryDllName).Unwrap(); %jEY3q
IMedia media = factory.CreateMedia(); xhw-2dl*H
media.Play(); ,=o0BD2q
} m&IsDAn
0@)%h&mD
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。 \dq!q=b\
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: %y"J8;U
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 gLQ #4H
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!