面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) EemKYcE@Nr
(^a;2j9
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。 L{^DZg|E
一、传统过程化设计思想 pJa FPO..|
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: &%qD Som3
public class MediaPlayer )r?i^D&4
{ o,\%c"mC
private void PlayMp3() V]k!]
{ a2=wJhk
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mu"]B]
} .j}u'!LKul
A$XjzTR
private void PlayWav() nQ$N(2<Fe
{ (m04Z2#
MessageBox.Show("Play the wav file."); mZ/B:)_
} 1LPfn(
:jp?FF^j;
public void Play(string audioType) ?783LBe
{ '12|:t&7
switch (audioType.ToLower()) wmo'Pl
{ & p_;&P_
case ("mp3"): ` V^#Sb
PlayMp3(); bk6$+T=>
break; :-"J)^V
case ("wav"): {]D!@87
PlayWav(); ziH2<@
break; j~Gu;%tq
} bq(*r:`"
} g=U?{<8.m
} X'?v8\mPK
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 -'}iK6
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 /WHhwMc!
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! pHg8(ru|
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 lh#GD"^(w&
二、面向对象设计思想 uhc0,V;S
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! G=nFs)z
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: /$eEj
public class MP3 E0O{5YF^T
{ FJ U)AjS~
public void Play() ^w&TTo(
{ )D[xY0Y~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }7.q[ ^oF
} EL}v>sC
} M;iaNL(
*|E@81s#
public class WAV C>K/C!5?
{ s}z,{Y$-t
public void Play() t9`NCng
5
{ ~36c0 =
MessageBox.Show("Play the wav file."); *(>$4$9n
} ]oya<C6pR
} 0x`:jz`
&y(aByI y
Public class MediaPlayer @nT8[v
{ (QRl
-| +
switch (audioType.ToLower()) 23OVy^b
{ aSF&^/j
case ("mp3"): 6op\g].P
MP3 m = new MP3(); RDqC$Gu
m.Play(); /GeS(xzQ
break; |Q I3H]T7
case ("wav"): +;!w;t
WAV w = new WAV(); F_r eBPx
w.Play(); /uyQ>Y*-\Y
break; 4Dd9cG,lN
} D$mrnm4d
} l:|Fs=\
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 H~~(v52wD
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) A&M/W'$s
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。 4xYo2X,B
public class AudioMedia <Ihn1?
{ <bjy<98LT
public void Play() '~2v/[<`}
{ |1<Z3\+_/
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ^CE:?>a$
} ttKfZ0
} hN:Z-el
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)。 5-3gsy/Mo
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: ^7''x,I
public abstract class AudioMedia U)PumU+z$u
{ 0Gs]>B4r/
public abstract void Play(); Ucy9fM
} ;C{_T:LS
'9[_w$~(
public class MP3:AudioMedia y]+A7|
{ /vV 0$vg
public override void Play() .Lp-'!i
{ 8)tyn'~i
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .cabw+&7
} b;O+QRa
} 8&;dR
co@8w!W
public class WAV:AudioMedia lz*2wGI9
{ @t^2/H
?O
public override void Play() kj#yG"3+
{ ~k%\ LZ3s
MessageBox.Show("Play the wav file."); )~n}ieS
} 0IdD
} {Eb6.
Iymz2
public class MediaPlayer evR= Z\
_
{ <f*0 XJ#
//根据需要完成任务的单向分派 qXF"1f_+
public void Play(AudioMedia media) :ox CF0Y
{ FV9RrI2
media.Play(); HkN +:
} cs5Xd
} 4<Y?#bm'
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)。 *,pqpD>
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。 `Q hh{
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: k$2Y)
public abstract class VideoMedia 6GN'rVr!Z
{ ;uDFd04w
[
public abstract void Play(); X<{m;T `
} &Xav$6+Z1J
Ll`apKr
public class RM:VideoMedia $d=lDN
{ zW _'sC
public override void Play() YH>n{o;-
?
{ ;@
e|}Gk
MessageBox.Show("Play the rm file."); 0#7dm9
} ex1ecPpN
} LQjqwsuN{
x9e
9$ww}
public class MPEG:VideoMedia vK C>t95
{ )'g vaT
public override void Play() g;h&Xkp
{ 9T1G/0k-
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 0d2%CsMS"D
} tFQFpbI
} z|2liQrf+
KOQTvJ_#
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。 Bz{
g4!ku
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: Vh8uE
5-*]PAC
public interface IMedia e'Pa@]VaC
{ Cw}\t!*!
void Play(); +=_Pl7?
} 7`}z7nk
ZS+2.)A
public abstract class AudioMedia:IMedia q|l|gY1g)
{ -{h[W bf
public abstract void Play(); (G VGoh&
} ?2TH("hV$
Z7^}G=*
public abstract class VideoMedia:IMedia p"@|2a
{ X`b5h}c
public abstract void Play(); t/Fe"T[,V
} Q [{vU
F*4+7$E0B
这样再更改MediaPlayer类的代码: 1|VJN D
public class MediaPlayer NP8TF*5V
{ ob{pQx7
public void Play(IMedia media) )YFs
{ 1%,Z&@^j
media.Play(); l_c?q"X
} y6/X!+3+
} CkU=0mcY
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q~n2VU4L*
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。 g&>Hy!v,
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。 F?=u:
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <B`V
{ 4lA+V,#
IMedia media = null; K^Ht$04
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) lI 1lP 1
{ lNb\^b
case ("mp3"): zTLn*?
media = new MP3(); Sg-xm+iSDt
break; Q-v[O4y~
//其它类型略; x8Sq+BY
case ("rm"): G$ FBx
media = new RM(); ~<aB-.d
break; C)j)j&
//其它类型略; y`\Mhnj
} 8GldVn.u
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1'
m
$_
player.Play(media); 9f\8oJQ
} %5%Wo(W'
8:xo ~Vc
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Bv8C_-lV/
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 VaxO L61xE
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 d]EvC>
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 .TC
`\mV
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: sd53 _sV
public interface IMediaFactory 3;NRW+
{ 7VcVI? ?
IMedia CreateMedia(); n^N]iw{G
} >U?Bka!
lWvd"Vlt
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ^A`(
public class MP3Factory:IMediaFactory M;qL)vf
{ l #Q`f.
public IMedia CreateMedia() d&`j8O
{ jm\#($gl=
return new MP3(); sE6J:m(
} \aIy68rH,
} %%6('wi
//其它工厂略; Wg^cj:&`u
)/"7$2Aoy
public class RMFactory:IMediaFactory p'~5[JR:
{ 31& .Lnq
public IMedia CreateMedia() tY=%@v'6?
{
c^s>
return new RM(); ,rQ)TT
} 'qAfei']
} r%d11[z
//其它工厂略; !T#y r)
OL5HofgNm
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 )H)Udhz
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: CDnz
&?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /T[ICd2J
{ |+-i'N9
IMediaFactory factory = null;
'*u;:[73
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \_nmfTr!K
{ CqK#O'\
//音频媒体 {yMA7W7]
case ("mp3"): pm~;:#z7
factory = new MP3Factory(); N+qLxk
break; Aq%^>YAp
//视频媒体 NxO^VUD
case ("rm"): Z&jb,eh2
factory = new RMFactory(); '-33iG
break; /;6@M=6u
//其他类型略; 0WE1}.J<
} ?7)(qnbe"
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); R2THL
player.Play(factory.CreateMedia()); Wx$q:$h@q
} {@__%=`CCS
K#hY bDm
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 Cfo 8gX*
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: Lo5@zNt%W
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y[6&46r7D
{ Xj~EVD
IMediaFactory factory = null; 3DC%I79
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |qcFmy
{ 2BX GVo
case ("mp3"): P<!$A
factory = new MP3Factory(); (%y c5+f!
break; !]+Z%ed`%
//其他类型略; V}fKV6 v9
case ("rm"): > '
0 ][~
factory = new RMFactory(); AAq=,=:R<
break; F(9
Y/UXH
//其他类型略; .*-w UBr
} _iJXp0g
IMedia media = factory.CreateMedia(); :dIQV(iW
media.Play(); ;'QY<,p[e
} e ]o'i;I
$?J+dB
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。 igBrmaY'
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。 o 7W Kh=
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。 gT&