面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) }k0-?_Z=1
xcvr D
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。 Wx)U<:^e
一、传统过程化设计思想 WAXts]=
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: 2RUR=%C
public class MediaPlayer SuH.lCF-g
{ {V%O4/
private void PlayMp3() vSC0D7BlG
{ DE\bYxJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); L"!ZY
} TT ZxkK
<-B"|u
private void PlayWav() 6y,P4O*q
{ Vy^yV|`v
MessageBox.Show("Play the wav file."); 6mpg&'>
} Tb1}XvZ
0O,T=z[+>
public void Play(string audioType) @U3foL2\
{ Vm;Qw
switch (audioType.ToLower()) 14n="-9
{ ?t0zsq
case ("mp3"): 1m<?Q&|m$
PlayMp3(); hdr}!wV
break; ;[KriW
case ("wav"): ca/o#9:N`:
PlayWav(); V l~Y
break; K+@eH#Cv,(
} "vOfAo]`
} yOUX E>-
} ]a6O(]
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。 1 73<x){
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。 ,>
(bt%b
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! e@:P2(WWl
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。 RHx+HBZ
二、面向对象设计思想 J(EaE2
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! YF! &*6m
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: HLSfoQ&)v
public class MP3 =l8!VJa
{ hk@`N;dn
public void Play() ^s2m\Q(
{ JXL9Gge
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6/[Z178m
} fys5-1@-p
} xi?P(sA
r}oURy,5
public class WAV `&u<aLA
{ bvipbf[m<
public void Play() 0Oc}rRH(C
{ ~IlF*Zz#}6
MessageBox.Show("Play the wav file."); _oJ2]f6KX
} F<yy>Wf
} }{&ln
oNuPP5d[]
Public class MediaPlayer DHm[8 Qp
{ )@Zc?Da
switch (audioType.ToLower()) G{NSAaD[
{ 8ji^d1G,
case ("mp3"):
w.J%qWJq
MP3 m = new MP3(); 7_Ba3+9jpa
m.Play(); 1
[Sv
break; v)@,:u)
case ("wav"): _{6,.TN
WAV w = new WAV(); ,8c
dXt
w.Play(); xdd:yrC
break; FOCoiocPi
} 8pYyG
| \
} /x
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。 C9<4~IM
w
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) {q&@nm40
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。 F2IC$:e
M
public class AudioMedia N9i}p^F<_
{
6Xdtr
public void Play() 29"mE;j
{ RVc)")
hQj
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 0jR){G9+
} bnijM/73
} Ln
~4mN^
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 JAc@S20v\
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: }*iAE>;
public abstract class AudioMedia :3*`IB !
{ QF\kPk(CtD
public abstract void Play(); 3YR *
^
} r2RBrZ@1
{bN Y
public class MP3:AudioMedia Ns'FH(:
{ y0,Ft/D
public override void Play() c
Qld$
{ c#=&!FRe
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); A&N$tH
} Ay2b,q
} r+o_t2_b*
F4Rr26M
public class WAV:AudioMedia Jf2e<?`
{ [!W5}=^H
public override void Play() <z,+Eg
{ LyIKP$t
MessageBox.Show("Play the wav file."); > gr<^$
} $nj\\,(g
} TZe+<~4*i%
+6
ho)YL
public class MediaPlayer 0}B?sNr
{ k!&:(]
//根据需要完成任务的单向分派 &1P(O\d
public void Play(AudioMedia media) YUCC*t
{ byafb+x
media.Play(); Uls+n@\!
} Hj2<ZL
} w^ 3|(F
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 fTcY"A,2
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 &Y+e=1a+
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: \Dfm(R
public abstract class VideoMedia WVOoHH
{ M_Bu,<q^
public abstract void Play(); e^zHw^js
} JRXRi*@
(Izf
L1
public class RM:VideoMedia SyAo,
)j
{ e gI&epN
public override void Play() Bhe{L?}0
{ "CBRPp
MessageBox.Show("Play the rm file."); FNC[59
} }-74 f
} Hs$'0:
GV5qdD(
public class MPEG:VideoMedia .%IslLZ
{ h/HHKn
public override void Play() /D'M 24
{ <[ZI.+_Wt
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B)M&\:
_
} P_&p=${
} Lc|{aN
oR#Ob#&
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。 ?`H[u7*%
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: t+O e)Ns
8eN7VT eb
public interface IMedia i $C-)d]
{ dw9T f ^V
void Play(); L=]p_2+
} u h)o
O%&cE*eX
public abstract class AudioMedia:IMedia Xh}&uZ`A
{ G>K@AW#
public abstract void Play(); wt?o
7R2
} 8I.VJ3Q
moZm0`WR
public abstract class VideoMedia:IMedia |55dbL$w
{ s$ z2 c
public abstract void Play(); 9->q| E4
} >g}G}=R~3
-ihiG_f
这样再更改MediaPlayer类的代码: ix&'0IrX*
public class MediaPlayer J+ts
{ t7*#[x)a
public void Play(IMedia media) .Y\EE;8%
{ A
gWPa.'3
media.Play(); hqDqt"dKz
} `
>U?v
} 5FOqv=6S
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 e.8$ga{
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。 ?JXa~.dA
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。 s`;f2B/|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) PVYyE3`UB
{ `]<`$71w
IMedia media = null; ^B]@Lr E^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) NBOCt)C;H
{ =;ICa~`C;
case ("mp3"): e;(
media = new MP3(); tJU-<{8
break; Bp_wnd
//其它类型略; eB]R3j{
case ("rm"): +@:L|uFU
media = new RM(); #ekM"p
break; fk{0d
//其它类型略; 27#5y_
`
} LW:1/w&pv
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); H"Dn]$Q\Z
player.Play(media); [Qj;/
} "rNL
`P7
Ed-M7#wY
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Tv$sqVe9
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 RE"^
)-
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 .%}+R|g
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 @_yoX(.E&
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: [TTSA2
public interface IMediaFactory N#k61x
{ 5?u}#zO
IMedia CreateMedia(); :dnJY%/q
} 'i|rjW(
?Bx./t><
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: B\CN<<N>dD
public class MP3Factory:IMediaFactory w0J|u'H
{ S Xr%kndS
public IMedia CreateMedia() .\:J~(
{ 8P: spD0
return new MP3(); BmBz}:xMez
} I 3$dVls}
} .~D>5 JnEk
//其它工厂略; u{e-G&]^;
osP\DiQ
public class RMFactory:IMediaFactory =Lp7{09u
{ WF2-$`x
public IMedia CreateMedia() ULqoCd%bK
{ z\!K<d"Xv
return new RM(); N{Qxq>6 G
} S::>N.y
} |U'I/A
//其它工厂略; h2q/mi5{
Ey`h1Y
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 x3G :(YfO
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: aUopNmN
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X$n(-65
{ 4=<*Vd`p
IMediaFactory factory = null; dA~
3>f*b_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) f'Mop= .
{ g=8un`]7
//音频媒体 | A)\
:
case ("mp3"): uE5X~
factory = new MP3Factory(); V"KS[>>f
break; e@<?zS6
//视频媒体 YK#fa2ng
case ("rm"): B4H!5b
factory = new RMFactory(); @'2m$a
break; EG<s_d?
//其他类型略; Jh/ E@}'
} PL=^}{r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); HL K@xKD<
player.Play(factory.CreateMedia()); BOVPKX
} Dt}rR[yJ
3`.P'Fh(k
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 ps|)cW3`
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: b7:0#l$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Am4lEvb
{ JK_OZ
IMediaFactory factory = null; }?8uH/+ZA
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) W7No ls{
{ WgQBGch,!
case ("mp3"): [\z/Lbn
,.
factory = new MP3Factory(); {p<Zbm.
break; F\JUx L@8
//其他类型略; uKr1Z2
case ("rm"): }?@5W,
factory = new RMFactory(); &