面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) dEtjcId
P.XT1)qo*
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。 jeWv~JA%L|
一、传统过程化设计思想 &|{1Ws
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: cl4z%qv*
public class MediaPlayer ih".y3
{ ^#<L!yo^
private void PlayMp3() {\D&*
{ KJ'ID
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mG\QF0h
} 'G l~P><e
z1Bi#/i
private void PlayWav() \L(cFjLIl
{ P-Y_$Nv0g
MessageBox.Show("Play the wav file."); *^|\#UIk
} E+O{^C=
6/S.sj~
public void Play(string audioType) oYkd%N9P
{ U_"!\lI_yg
switch (audioType.ToLower())
Fn@`Bi?#q
{ d j\Z}[
case ("mp3"): XYzaSp=bb
PlayMp3(); lf7bx}P*
break; F)hj\aHm k
case ("wav"): 9Vm1q!lE
PlayWav(); ][S q^5`
break; 6XWNJb
} %m
|I=P
} ZX:rqc
} f"FFgQMkv
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ad: qOm
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 .g*N+T6O
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! X>[i<ei
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 (0NffM1
二、面向对象设计思想 gUru=p
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! "5V;~}=S
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 60!%^O =
public class MP3 jG[Vp b
{ 6/8K2_UeoW
public void Play() (NvjX})eh
{ PK2;Ywk`
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6h>#;M
} ;bB#Pg
} 8<C*D".T$
=%7drBo D
public class WAV +=8wZ]
{ e%JIqKS
public void Play() eT".psRiC
{ skcyLIb
MessageBox.Show("Play the wav file."); `MSig)V
} M4C8K{}
} @vlP)"
5j`xSG
Public class MediaPlayer WY!\^| ,
{ n>ui'}L
switch (audioType.ToLower()) TF/NA\0c$
{ U*r54AyP
case ("mp3"): }pMVl
MP3 m = new MP3(); VC88re`
m.Play(); $z%(He
break; <t"T'\3
case ("wav"): V6][*.i!9
WAV w = new WAV(); fmz"Zg9=
w.Play(); 3@V?L:J
break; A7X
a
} $yASWz
} =
J;I5:J
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 [Y](Y3 /.N
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) )*BZo>"
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 @JbxGi
public class AudioMedia eG,x\
{ C(XV
YND3
public void Play() Q ]CMm2L^f
{ :8)Jnh\5
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Nu"v
.]Y2
} |eu8;~A
} ytIPY7E
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 oVpZR$
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: WoZU} T-
public abstract class AudioMedia ;W?#l$R
{ RK!9(^Ja
public abstract void Play(); 0V~zZ/e
} 64?HqO
6(
S.!,qv z
public class MP3:AudioMedia .2E/(VM
{ 0zH-g
public override void Play() R2Tt6
{ ^!\1q<@n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #"UO`2~`l
} wG,"X'1
} MR1I"gqE}I
|E1U$,s~u
public class WAV:AudioMedia DJ"PP5d
{ ,m#
public override void Play() KHAc!4lA
{ ~!Nj DDk
MessageBox.Show("Play the wav file."); fmuh9Z
} "A}sD7xy9
} 6'^E
],:b
;TJpD0
public class MediaPlayer n*7^lAa2
{ +c~&o83[
//根据需要完成任务的单向分派 ]:gW+6w"C
public void Play(AudioMedia media) Ok_}d&A
{ w#b@6d
media.Play(); Ah2 {kK
} &gp&i?%X9b
} i{6&/TBnr
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)。 "UTW(~D'
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。 Xq;|l?,O
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: \|0z:R;X
public abstract class VideoMedia ?/o 8f7Z
{ w,p'$WC*
public abstract void Play(); FLW VI4*
} gQPw+0w
QJ XP-
public class RM:VideoMedia <<0sv9qw1
{ I<#X#_YP
public override void Play() $+Ze"E
{ Lk !)G'42
MessageBox.Show("Play the rm file."); 'f6H#V*C
} @[g7\d
} 3jAr"xc
O t)}:oG
public class MPEG:VideoMedia &4:R(]|
{ =cEsv&i
public override void Play() 3mHzOs\jU
{ lOt7ij(,L
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); KZ%i&w#<
} |]9@JdmV
} T01Iu
OIPY,cj~
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。 u!K1K3T6k
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: FoetP`
01'>[h#_n
public interface IMedia MDlH[PJ@i
{ M.Yp'Av
void Play(); P PJ^;s
} p^8a<e?f~f
xxur4@p!
public abstract class AudioMedia:IMedia 8oJl ]
{ [#Qf#T%5h
public abstract void Play(); ;U=b6xE
} G[>NP#P
u+j\PWOtm
public abstract class VideoMedia:IMedia "9_$7.q<y
{ 3:iEt (iCI
public abstract void Play(); S"&Gutu3o
} >`AK'K8{M
~2Wus8X-
这样再更改MediaPlayer类的代码: #Nh'1@@
public class MediaPlayer EnWv9I<
{ )95k3xo
public void Play(IMedia media) q\@Zf}
{ ]VjvG};
media.Play(); 7W)W9=&BT
} dx@dnWRT,
} &G"s!:
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 /0/ouA>+
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。 PZ|I3z
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。 _^&
q,S
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N-K/jY
{ r!&174DSR1
IMedia media = null; B@(d5i{h
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #4Z e2T|
{ 1b~21n
case ("mp3"): #+ch
media = new MP3(); @S@VsgQ%3Z
break; hr];!.Fv
//其它类型略; Z^> 4qf,k
case ("rm"): {IgH0+z
media = new RM(); $eFMn$o
break; ;M.Q=#;E
//其它类型略; 0OM^,5%8
} M=raKb?F
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4 eLZ
player.Play(media); 8NfXYR#
} ?z.?(xZ 6
!`e`4y*N
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 5!?5S$>
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。 e6taQz@}
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。 "B{3q`(
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。 Q'n+K5&p
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: 23tX"e
public interface IMediaFactory _z#"BN
{ ~3.*b%,
IMedia CreateMedia(); qKD
} vL@<l^`$0
`0qjaC
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: A1prYD
public class MP3Factory:IMediaFactory s6~;)(r
{ }? _KZ)
public IMedia CreateMedia() SZW_V6\t>
{ VNTbjn]
return new MP3(); v7"VH90`!
} J!l/.:`6
} _[R(9KyF0f
//其它工厂略; M*0^<e~]F
q? ">
public class RMFactory:IMediaFactory bh@Ct nO
{ 9I/l+IS"X
public IMedia CreateMedia() PRU&y/zZmG
{ -W9DH^EL<
return new RM(); WJD2(el
} 1\fx57a\
} )YAa7\Od
//其它工厂略; vcFR Td
'd~(=6J
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。 VZt%cq
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: Wo
"s ;Z
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S' $;
{ CK[8y&
IMediaFactory factory = null; 1gV?}'jq
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3*<@PXpK&
{ 3JGrJ!x
//音频媒体 D\_nqx9O
case ("mp3"): BI?, 3
factory = new MP3Factory(); bN/8 ~!
break; R>0[w$
//视频媒体 SEM?vQ
0"}
case ("rm"): d` ttWWPw
factory = new RMFactory(); h,$CJdDY]
break; %e]G]B%
//其他类型略; HDV-qYD|O~
} R5ra*!|L)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 7<)H?;~;
player.Play(factory.CreateMedia()); )xy>:2!#Y
} 2H%lN`
\(pwHNSafk
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。 >
'=QBW
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: ];k!*lR)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ![%wM Pp
{ c[ZrQJ
IMediaFactory factory = null; {Phq39g
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 2VY7?1Ab(@
{ :4zu.
case ("mp3"): }B'-*)^|e{
factory = new MP3Factory(); D;P=\i>9-
break; BSMb(EnqX
//其他类型略; f!kZyD7
case ("rm"): )l`Ks
factory = new RMFactory(); 4m<]qw
break;
skl3/!
//其他类型略; vSHPN|*
} JlnmG<WLT
IMedia media = factory.CreateMedia(); a[nSUlT&
media.Play(); lC#wh2B6
} Q!q6R^5!K
y>=Y MD
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。 7nT|yL?
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。 `+n0a@BVB
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。 &j:e<{@
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: :O413#8
Pp }Z"
<appSettings> ?TpjU*Cxy
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 2FuV%\p
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> =W7-;&
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> h|]cZMGo
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> OpaRQ=
</appSettings> :j`f%Vg~x
[@9S-$Xa
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: _{`Z?lt
private void InitMediaType() >s5}pkAv|e
{ 32K& IfV
cbbMediaType.Items.Clear(); FXo.f<U
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) h)Fc<,vwBE
{ BX$<5S@
cbbMediaType.Item.Add(key); "9P @bA
} 4vbGXb}!
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lO cFF0'
} 8?82 p
;+\h$
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: b|-)p+ba
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MtL<)?HQ
{ %j^QK>%
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @K!JE w\
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); pG"wQ
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
7V5c`:"
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, d2eXN3"
factoryDllName).Unwrap(); XB!qPh.
IMedia media = factory.CreateMedia(); C"kfxpCi
media.Play(); 6qDt6uB
} s/hgWW$
#~'d
Y\&
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。 #qVTB@d
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: 9@CRL=
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 h rSH)LbJ
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!