面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) TS1k'<c?
DTr0u}m
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。 p(x[zn+%Y
一、传统过程化设计思想 jliKMd<?
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: Tp0Tce/
public class MediaPlayer %HSoQ?qA
{ aMj3ov8p
private void PlayMp3() &'|bZms g
{ ]q?<fEG2<
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {=R=\Y?r&
} t~bjD V^`
\{~x<<qFd
private void PlayWav() m*I5 \
{ %
mIq,
MessageBox.Show("Play the wav file."); beIEy(rA
} ].1R~7b
2&Efqy8}DZ
public void Play(string audioType) ?^@;8m
{ 52%.^/
switch (audioType.ToLower()) wPG3Ap8L
{ !J6k\$r
case ("mp3"): Crey}A/N
PlayMp3(); 'vCFT(C-
break; p6ZKyi
case ("wav"): .Wa6?r<g
PlayWav(); h"<rW7z
break; n$~RgCf
} _|s{G
} 2KPXRK
} k'u2a
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 &i!.6M2
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 f:HRrKf9
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! KD#ip3
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Y#rao:I
二、面向对象设计思想 l[h??C`
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! naAZR*(A
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 2j_L
jY'7
public class MP3 {cG&l:-r
{ 5qFqH
public void Play() ]p$fEW g
{ _/PjeEm
$p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `@Qq<T}V
} p- Q1abl
} W;hI[9
r?[Zf2&
public class WAV wRWN]Vo
{ &0N 3 p
public void Play() y|1-,u.$
{ #&$4tTl
MessageBox.Show("Play the wav file."); i*F^;-q)
} 3tgct <"
} tF=96u_X
-o=qYkyLK
Public class MediaPlayer OvQG%D}P=
{ 'jfI1 ]q
switch (audioType.ToLower()) uS<&$JH
{ X\flx~
case ("mp3"): JZai{0se
MP3 m = new MP3(); 9v/1>rziE
m.Play(); m@TU2
break; eLl;M4d
case ("wav"): RX#:27:
WAV w = new WAV(); 8vchLl#
w.Play(); (Kx3:gs
break;
5)mn
} "|&SC0*
} 5 kQC
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。 sx|=*j,_
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ZfIQ Fh>
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。 HQ4o^ WC
public class AudioMedia Wny{qj)=
{ V<(cW'zA/
public void Play() ,Y}HP3
{ .,feRK>3
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Vbz$dpT
} ;B!&( 50e
} [{'` |
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)。
X&(1DE
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: %m{h1UQQ+
public abstract class AudioMedia I)n%aT fo8
{ !WAbO(l
public abstract void Play(); lKwI lp
} 3M/kfy
$S3C_..
public class MP3:AudioMedia _AK-AY
{ ofRe4
*\j
public override void Play() UDGVq S!,E
{ 5Vf#(r f
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7!z0)Ai_>=
} y1@{(CDp"
} vr2t MD
W!htCwnkF
public class WAV:AudioMedia 2gukK8R$
{ >~2oQ[n
public override void Play() 9Yd<_B#
{ Wc#4%kT
MessageBox.Show("Play the wav file."); U%m,:b6V
} _@SC R%
} iCa#OQ
jIg]?4bW[
public class MediaPlayer @2Z{en?
{ 51l :
//根据需要完成任务的单向分派 kwWDGA?zFB
public void Play(AudioMedia media) S0du,A~
{ arET2(h
media.Play(); f D2.Zh
} eUQrn>`
} x7> '
1
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)。 `Z0FQ( r_
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。 sYYNT*
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: "! m6U#^
public abstract class VideoMedia $CRu?WUS]'
{ 9x23## s
public abstract void Play(); xrf z-"n4
} S sGb;
6|| zfH
public class RM:VideoMedia k_/*>lIZY
{ 'de&9\
public override void Play() &M&*3
{ yxik`vmH
MessageBox.Show("Play the rm file."); o7;lR?
} gwm!Pw j
} X0.k Q
*%E4,(T
public class MPEG:VideoMedia Kejp7okb
{ wQEsq<
public override void Play() d)1 d0ES
{ 9$$dSN\&
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ]{s0/(EA
} TD!--l*gL
} SYkwM6
@>cz$##`
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 UQc!"D
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: FC@h6\+a
?(0=+o(`
public interface IMedia C.].HQ
{ k{d]
void Play(); N:x--,2
} ~G,_4}#"pM
w;W# 'pE
public abstract class AudioMedia:IMedia 9kHVWDf
{ k<Qhw)M8
public abstract void Play(); {bHUZen
} r2yJ{j&s
ti'B}bH>'
public abstract class VideoMedia:IMedia Bs)'Gk`1
{ 0Un?[O
public abstract void Play(); 0$JH5RC
} ^F,sV*
2. '` mGu
这样再更改MediaPlayer类的代码: @QteC@k
public class MediaPlayer M#nlKj<
{ /s*.:cdH
public void Play(IMedia media) e`n+U-)z
{ R!f<6l8#W
media.Play(); txE=AOY5
} t.y-b`v
} <yl%q*gls
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 z_93j3#
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。 O,6Wdw3+-3
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。 76H>ST@G|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) >Q$ph=
{ (Zg'])
IMedia media = null; Yw] 7@
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) plL|Ubn
{
J-#V_TzJ?
case ("mp3"): NNt
n
media = new MP3(); i/j53towe
break; CRBj>
//其它类型略; Z<^;Ybw{`Z
case ("rm"): w=pr?jt1:
media = new RM(); 'X<4";$mU
break; m8@&-,T
//其它类型略; !iO2yp
} $Nd,6w*`
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
?iZ2sRWR6
player.Play(media); e:%|.$4OG
} H2H`7 +I,
*Nm$b+
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ,qx^D
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。 T/a=z
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。 4-~Z{#-
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。 &rG B58
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: KL9k9|!p
public interface IMediaFactory fIl;qGz85
{ WQ{[q" O
IMedia CreateMedia(); `78Bv>[A
} ~)^'5^
;z.L^V0
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: oNZ_7tU
public class MP3Factory:IMediaFactory +D@5zq:5
{ dgL>7X=7
public IMedia CreateMedia() R&9FdM3K`:
{ QF)\\D[
return new MP3(); W:,Wex^9n
} ]}dQ~lOE
} k,[*h-{8
//其它工厂略; >))CXGE
t;BUZE_!0c
public class RMFactory:IMediaFactory U.KQjBi
{ w9{C"K?u=
public IMedia CreateMedia() CHsg2S
{ +LF#XS@
return new RM(); Hs*["zFc
} xNzGp5H
} N ai5!_'
//其它工厂略; ?u|@,tQ[
CJ*
D
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。 _Z23lF9
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: 8LbwEKl
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )\|+G5#`
{ VGmvfhf#"
IMediaFactory factory = null; 6|zhqb|s
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5BJE
{ ^Jp,&
//音频媒体 )V\@N*L`ik
case ("mp3"): TWzLJ63*
factory = new MP3Factory(); Pg%9hejf3
break; ?3=G'Ip5n
//视频媒体 %WgN+A0
case ("rm"): 2 %dL96
factory = new RMFactory(); &}r"Z?f)
break;
27EK+$
//其他类型略; @eJCr)#}
} <.Ws; HN}
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 1Y|a:){G
player.Play(factory.CreateMedia()); j-":>}oW2.
} yd).}@
hW~.F
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。 8.i4QaU
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: 83n%pS4x
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) eXW|{asx
{ <7M-?g:vj
IMediaFactory factory = null; y3zP`^
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) L5-|-PP|;
{ aYWWln
case ("mp3"): $VuXr=f}
factory = new MP3Factory(); ){*+s RBW
break; "j@\a)a
//其他类型略; 5&ku]l+
case ("rm"): K]hp-QK<
factory = new RMFactory(); $"r9U|6kk
break; )th[fUC(
//其他类型略; Q?#I{l)V(
} 2;8m0+tl
IMedia media = factory.CreateMedia(); uh)S;3|
media.Play(); 1^!SuAA@
} w G %W{T$
;V
xRaj?
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。 BmG(+;;&
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。 QO2cTk
m
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。 vrkY7L3\
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: /ad9Q~nJ
rO'DT{Yt
<appSettings> x4oWZEd
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> =]Vz=<
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> |A%9c.DG.
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
lN,?N{6s
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" />
<kak9
6A
</appSettings> FACw;/rW
Y@Uk P+{f=
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: j3gDGw;
private void InitMediaType() !+eH8
{ vADiW~^Q^
cbbMediaType.Items.Clear(); EY,jy]|#
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ^[M{s(b
{ gc9R;B1
cbbMediaType.Item.Add(key); *doNPp)m
} [9 W@<p
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Smr{+m a
} 3v/B*M VI
OT9]{|7
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: rtV`Q[E
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KK){/I=z
{ &mwd0%4
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); E/P~HE{
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); O>~,RI!
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Cn{Hk)6
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Gv:~P_vBH[
factoryDllName).Unwrap(); tt"<1
z@
IMedia media = factory.CreateMedia(); NRi5 Vp2=
media.Play(); c-a,__c?hx
} a=iupXre9
b/wpk~qi
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。 |9CikLX)7
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: I//=C6
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 g.lTNQm$u
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!