面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) s?nR 4
~b8]H|<'Y
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/_['7
一、传统过程化设计思想 j&qub_j"xX
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: ZPYS$Ydy
public class MediaPlayer tY4;F\e2|A
{ ~Z'?LV<t
private void PlayMp3() fI|Nc
{ 4'=y:v2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i=2N;sAl
} R4:b{ )=O
f) L
private void PlayWav() >~0Z& d
{ qUb&
MessageBox.Show("Play the wav file."); t"oeQ*d%
}
92oFlEJ
&{t,' [ u
public void Play(string audioType) M9%$lCl
{ 5:_}zu|!u
switch (audioType.ToLower()) e+fN6v5pU
{ NK
H@+,+V
case ("mp3"): C$`tbq
PlayMp3(); 3/eca
break; /N.U/MPL_
case ("wav"): 5`p.#
PlayWav(); ;;/{xvQ.1
break; d8P^lv*rQW
} |P?*5xPB
} AFwdJte9e
} jAlv`uB|G"
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。 ;
BHtCuY
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。 -aCKRN85
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! O?#7N[7
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。 b@hqz!)l`
二、面向对象设计思想 '!B&:X)
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! Ml-6OvQ7g
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: Ab.(7GFK
public class MP3 $/Uq0U
{ a0)QH
public void Play() !R`{ TbN
{ ~*];pV]A[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $6R-5oQ
} 5]:U9ts#
} /od@!/
X%x*f3[
public class WAV dioGAai'
{ O5BYD=7
public void Play() gw<q.XL
{ $VOFOc
MessageBox.Show("Play the wav file."); xr^LFn)
} 5wU]!bxr
} `C'H.g\>2Q
O+x!Bg7
Public class MediaPlayer yyTnL 2Y9
{ /PXzwP_(A
switch (audioType.ToLower()) G7/ +ogV
{ 1<aP92/N&
case ("mp3"): g2Z`zQA7
MP3 m = new MP3(); }3WxZv]I}
m.Play(); '[%j@PlCX
break; cQ}{[YO
case ("wav"): +^F Zq$NP
WAV w = new WAV(); "qy,*{~
w.Play(); +k R4E23:
break; qwAT>4
} &m;*<}X
} Bdpy:'fJn
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。 l,aay-E
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) V0 a3<6@4
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。 aw&,S"A@
public class AudioMedia '8kP.l
{ ~6md !o%i
public void Play() )NT*bLRPQ
{ (A.C]hD
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); h'nY3GrU
} &=mtc%mL
} 6j|{`Zd)G
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)。 j3ls3H&
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: HTTCTR
public abstract class AudioMedia gI|~|-'
{ =($xG#g`
public abstract void Play(); ,|/f`Pl
} cPQiUU~W@
YtLt*Ig%
public class MP3:AudioMedia ti,d&c_7
{ Q\0'lQJdy
public override void Play() E' uZA
{ */S_Icf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); kD"{g#c
} NvX[zqNP_R
} E _|<jy$`
)D%~`,#pQ
public class WAV:AudioMedia WUTowr
{ :.`2^
public override void Play() %A0/1{(
{ ql~J8G9
MessageBox.Show("Play the wav file."); 7_[L o4_
} >=w)x,0yX
} 2MK-5Kg
Yx`n:0
public class MediaPlayer dqcL]e
{ @>7%qS
//根据需要完成任务的单向分派 `">=
public void Play(AudioMedia media) V0Hj8}l;M
{ %B?=q@!QWn
media.Play(); iH'p>s5L
} hgE71H\s
} AbOf6%Env
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)。 RPbZ(.
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。 +aAc9'k
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: 2st3
public abstract class VideoMedia #Bw0,\
{ xD=csJ'(
public abstract void Play(); ?Z} &EH
} EKN~H$.
\z ) %$#I
public class RM:VideoMedia NwfVL4Xg
{ tO&^>&;5
public override void Play() V28M lP
{ D)}v@je"yP
MessageBox.Show("Play the rm file."); IAyp 2
} V]?R>qhgu
} l}P=/#</T
|1Z)E+q*:
public class MPEG:VideoMedia 9jGu}Vo
{ -F3-{E
public override void Play() EiaW1Cs
{ wdoR%b{M
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); dgP3@`YS
} #p{4^
} wKY_Bo/d
$Ygue5{c
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 3r1*m
+
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: fd9k?,zM
L\iFNT}g`
public interface IMedia V G~Vs@c(
{ KG{St{uJ
void Play(); lr$zHI7_`
} N)Z?Z+}h
EBmt9S
public abstract class AudioMedia:IMedia nT)vNWT=
{ EEL,^3KR
public abstract void Play(); B|X!>Q<g
} -%4,@
x`
{7pli{`
public abstract class VideoMedia:IMedia ,wPr"U+7
{ ~bpgSP"
public abstract void Play(); r@,2E6xn
} ]]Ufas9
i{qgn%#}Y
这样再更改MediaPlayer类的代码: 9o!Bzy+_
public class MediaPlayer |gY^)9ei
{ 8a"%0d#
public void Play(IMedia media) xe$_aBU
{ ft
Wv~Eh
media.Play(); EB|}fz
} N4HqLh23H
} ?Ss!e$jf
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ]J]h#ZHx
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。 ^d73Ig:8q
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。 kAGBdaJ"
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Jfl!#UAD|n
{ +qdEq_m
IMedia media = null; <=C?e<Y
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @=f\<"$vt
{ 3irl
(;v
case ("mp3"): '/%H3A#L
media = new MP3(); {+ b7sA3
break; k~z Iy;AZ
//其它类型略; pI<f) r
case ("rm"): l}M!8:UzU
media = new RM(); o[D9I
hs
break; Srd4))2/0
//其它类型略; is@?VklnB
} hK|Ul]qI
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8Xs8A.
player.Play(media); I1&aM}y{G
} MnW+25=N
q-d:TMkc
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Y`wSv NU
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 8*a&Jl
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 `~q <N
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 "5$B>S(Q
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: UJ6v(:z<
public interface IMediaFactory eb$#A _m
{ ~WV"SaA)*U
IMedia CreateMedia(); 1[-tD0{H
} JOBhx)E
[z9Z5sLO
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: '@P^0+B!(.
public class MP3Factory:IMediaFactory KJZ4AWH`
{ b5n'=doR/I
public IMedia CreateMedia() lsNd_7k
{ iO;
7t@]-
return new MP3(); kylVH!
@l
} @pU)_d!pJ
} %ULr8)R;
//其它工厂略; Dv`c<+q(#
SMK_6?MZ
public class RMFactory:IMediaFactory d m%8K6|
{ ;i:d+!3XwC
public IMedia CreateMedia() QkC(uS
{ q'MZ R'<@
return new RM(); ;gr9/Vl
} IIx#2r
} uY'HT|@:{
//其它工厂略; |$_sX9\`?|
@U}1EC{A
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}
g{Cr"Ex
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: @Do= k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4H]L~^CD
{ .#pU=v#/[
IMediaFactory factory = null; UW
EV^ &"x
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) JqiP>4Uwm^
{ }JAG7L&{
//音频媒体 =odFmF
case ("mp3"): )53y
AyP
factory = new MP3Factory(); du^J2m{f
break; 8)I^ t81
//视频媒体 *4Y Vv
case ("rm"): (Ep\Z 6*
factory = new RMFactory(); !%0 *z
break; Ma"]PoP
//其他类型略; IPo?:1x]s
} ;4~hB
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W5MTD]J
player.Play(factory.CreateMedia()); Q]>.b%s[
} 1&Z