面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) PuuO2TZ
P(1bd"Q
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。 6<h?%j(
一、传统过程化设计思想 O;NQJ$^bI
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: H!D?;X
public class MediaPlayer \`|*i$
{ *}t,:N;i
private void PlayMp3() =)B@ `"
{ QsaaA
MGY
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _pXy}D
} fNVNx~E
u |hT1l
private void PlayWav() f?iQ0wv)
{ ^cE|o&Rm;
MessageBox.Show("Play the wav file."); g|W|>`>
} $)5F3a|
A
'Q
nL
public void Play(string audioType) PD$gW`V
{ Yy4?|wVl
switch (audioType.ToLower()) (z}q6Lfa
{ A=7
[^I2
case ("mp3"): /
M(A
kNy
PlayMp3(); pU4B6KTW
break; rUX1Iu7
case ("wav"): D&0@k'
PlayWav(); H0Q.; !^
break; QMGMXa
} Wx;`=9
} cxhS*"Ph
} ! 5rja-h
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。 FK
MuRy|
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。 Yg5m=Lis
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! OY'490
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。 4s?x 8oAy
二、面向对象设计思想 QU/Q5k
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! p{knQ],
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: T@PtO"r
public class MP3 DwXzmp[qWH
{ ;?/v}$Pa
public void Play() [p%@ pV
{ #`tn:cP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Cd:ofv/3
} [vuqH:Ln
} $a|DR
fqaysy
public class WAV o|\0IG(\
{ CD\k.
public void Play() CwKo'PAJ
{ IS;F9{
MessageBox.Show("Play the wav file."); WlHw\\ur
} KmoPFlw
} v3w5+F
.6Swc?
Public class MediaPlayer *@J
{ H\tz"<*``
switch (audioType.ToLower()) =W1`FbR
{ )NeI]p
case ("mp3"): YYFJJ,7?
MP3 m = new MP3(); _w+ix9Fr?
m.Play(); 5}3Q}o#
break; (\
`knsE!
case ("wav"): 3%Jg' Tr+
WAV w = new WAV(); i7:R4G(/#
w.Play(); V#;6<H"
break; vpOn0([hS
} o<f[K}t9
} K'[H`x^
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 SRq0y,d
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) FHVZ/ e
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 eR.ucTji
public class AudioMedia 8UArl3
{ X%7Y\|
public void Play() 0Zkb}F2-
{ @&;y0N1xo
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); MF/359r)Et
} "(/
1]EH`
} 24_F`" :-=
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 2F(zHa
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: *
";A~XNx
public abstract class AudioMedia +Ok R7bl
{ {uEu
^6a5
public abstract void Play(); HVzG }r(J
} wXf_2qB9
y?W8FL
public class MP3:AudioMedia CMa ~BOt #
{ cF_hU"
public override void Play() hA)tad]
{ k WYjqv
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Two$wL/
} c #+JG
} *Got
/C29^ P
public class WAV:AudioMedia s
}q6@I
{ R?g
qPi-
public override void Play() /7X:=~m
{ 3e$&rpv
MessageBox.Show("Play the wav file."); S2/c2
} dE2(PQb*P
} 5!,`LM9
GbG!vo
public class MediaPlayer +.MHI
{ RS@*/.]o
//根据需要完成任务的单向分派 dL5u-<y&
public void Play(AudioMedia media) `WHP#z
{ OpmI" 4{+
media.Play(); -8&M^-
} ;cIs$
} L}CjC>R!
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)。 2w93 ~j
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。 D 4^2F(YRX
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: :.Vn
public abstract class VideoMedia 5'gV_U
{ 8)3g!3S
public abstract void Play(); DOiL3i"H
} qazM@
!Y/$I?13Z
public class RM:VideoMedia [_ESR/&N
{ & D4'hL3
public override void Play() *KSQ^.sYh
{ 62Yi1<kV@
MessageBox.Show("Play the rm file."); CGvU{n,"
} EX UjdJs"
} S!cc%
hkeOe
public class MPEG:VideoMedia h\afO
{ AjB-&Z
public override void Play() PvX>+y5
{ 6}A1^RB+w
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Jw?J(ig^
} p7}xgUxX
} GBIa Ul
5Og. :4
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。 Y##ft Q
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: $NzD&b$7
Hrm^@3
public interface IMedia RSXYz8{
{ Fu:VRul=5$
void Play(); @#$5_uU8\(
} ^2}0lP|
3G|n`dj
public abstract class AudioMedia:IMedia 0q(}n v
{ F
Cg{!h
public abstract void Play(); 'v iF8?_
} {(#Dou
IY2caXu
public abstract class VideoMedia:IMedia )J#7:s]eo
{ 5]DgfwX
public abstract void Play(); p5&:>>
} &u0JzK
@w|'ip5@
这样再更改MediaPlayer类的代码: XOK.E&eilj
public class MediaPlayer OI</o0Ca
{ e>\[OwF-x
public void Play(IMedia media) )e`$'y@L$
{ Qvt
media.Play(); +x$GwX
} "pGSz%i-
} yUcWX bT@
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 oZTKG'
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 9`eu&n@Z
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Y8YNRyc=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [h20y
{ ,;9byb
IMedia media = null; ]Z%9l(
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) gwwYz]'d>r
{ swEE >=
case ("mp3"): /f2HZfj
media = new MP3(); ^"N]i`dIF
break; bC{1LY0
//其它类型略; ,tBb$T)7<
case ("rm"): jA9&hbQuL
media = new RM(); H|&[,&M>
break; x`/"1]Nf
//其它类型略; cC@B\Q
} *mH++3h
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); G*.}EoA
player.Play(media); kpFt
} M-Gl".*f
&0A^_Z .nA
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 2)oT\m
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。 .=rS,Tpo
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。 {x$WBy9
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 `rEu8u
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: >;I$&
public interface IMediaFactory z&x
^Dl
{ ^i>Tm9vM
IMedia CreateMedia(); .;#Wf@V
} iupuhq$]
A"Q6GM2;Io
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: 4 XSEN]F
public class MP3Factory:IMediaFactory \/E+nn\)
{ 701ei;
public IMedia CreateMedia() -L=aZPW`M
{ :5`=9_|
return new MP3(); ;jC}.]
_)w
} Q7uhz5oZ
} WBcnE(zF
//其它工厂略; $J]VY;C!
<OF2\#Nh
public class RMFactory:IMediaFactory T \Zf`.mt
{ NrQGoAOw
public IMedia CreateMedia() $H}G'LqiG
{ -qv*%O@
return new RM(); .;),e#
} 2/[J<c\G
} k'H+l]=
//其它工厂略; l-?B1gd,l
zvJQ@i"Z
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 }.+{M.[}
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ddR*&.Y!a
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ~cC=DeX
{ 9@'^}c#
IMediaFactory factory = null; `XT8}9z!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) E]T>m!6
{ k&TZ
//音频媒体 w +pK=R
case ("mp3"): q.xt%`@aA
factory = new MP3Factory(); dXwfOC\\
break; &A}@@d
//视频媒体 xLZJ[:gr
case ("rm"): G3[X.%g`
factory = new RMFactory(); F@4TD]E0^
break; TU-aL
//其他类型略; .X2fu/}
} F ?APDGAN
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); p]z< 43O$
player.Play(factory.CreateMedia()); qeM`z
} "e)C.#3
(TKn'2
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。 >d/DXv
3
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: f}1B-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) kMJf!%L (
{ B4uJT~,7>
IMediaFactory factory = null; `Mg&s*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $9~6M*
{ ;_bZH%o.
case ("mp3"): SK6?;_
factory = new MP3Factory(); |"gg2p
break; yUUg8xbpxF
//其他类型略; CP5vo-/)-
case ("rm"): _lK+/"-l
factory = new RMFactory(); 2b&&3u8
break; 3izGMH_`
//其他类型略; M/Twtq-`H
} (vO\h8
IMedia media = factory.CreateMedia(); pgp@Zw)r)k
media.Play(); j@ehcK9|
} ftaGu-d%
KR49Y>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。 6ct'O**k*&
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。 VM.4w.})_E
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。 VLL CdZ%
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: {jK:hQX
-gq,^j5,
<appSettings> o+}>E31a
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> .m;5s45O{
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> >14x.c
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> OrG1Mfx&2%
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> @Yu=65h
</appSettings> vq?aFX9F
KscugX*x
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: h<1pGQV
private void InitMediaType() VGe OoS
{ j0X Jf<
cbbMediaType.Items.Clear(); ~uUN\qx52
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) &"R`:`XF
{ D_)i%k\
cbbMediaType.Item.Add(key); ]YF_c,Q
} bJWPr
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lx)Bj6
} fzk^QrB
(X{o =co,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: +[lv
`tr
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cYeC7l"
{ rFJPeK7
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); I@M3u/7
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); izvwXC
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 57S!X|CE
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, `B%IHr
factoryDllName).Unwrap(); Zr#\>h 'c
IMedia media = factory.CreateMedia(); #Rj&PzBe
media.Play(); \@eaSa
} YqEB%Y~N+
\Ctl(uj
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。 vMHJgpd&j
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: ,ozgnhZY
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 D=^|6}
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!