面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) LP//\E_]
a )M3t
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。 :eR\0cn
一、传统过程化设计思想 $gaGaB
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: xHuw ?4
public class MediaPlayer Zy^ wS1io
{ qGECw#
private void PlayMp3() zkHyx[L
{ 9_J'P2e
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
y7.oy"
} 7m;<b$
$`"$ZI6[
private void PlayWav() _5v]69C#
{ x UTlM
MessageBox.Show("Play the wav file."); wI#R\v8(`n
} #}C6}};
Q^Q6|
n
public void Play(string audioType) li%A?_/m<&
{ c- "#
switch (audioType.ToLower()) o(oD8Ni
{ @BI;H
V%k
case ("mp3"): G5!!^p~
PlayMp3(); J?qikE&
break; UkM#uKr:
case ("wav"): *~8g:;u
PlayWav(); (Iv*sd
*
break; *4[P$k$7
} F)=*Ga
} $x(p:+TI\4
} ~5n?=
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 g ~>nT>6
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 dRXrI
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! w,;ox2
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 rnM C[
二、面向对象设计思想 B1z7r0Rm,
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! `/o| 1vv@_
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: So}pA2[0
public class MP3 m%)S<L7
l
{ \r-v]]_<d
public void Play() km6O3>p5r
{ G PL^!_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 92 1s'"
} d"}lh:L9
} K,H xe;-
a#+;BH1
public class WAV f:ep~5] G
{ zz-X5PFn
public void Play() ~!'T!g%C
{ =Kt!+^\")
MessageBox.Show("Play the wav file."); @Qd5a(5W M
} 0MN)Z(Sa
} 7E R!>l+
b:x*Hjf
Public class MediaPlayer BJnysQ
{
S
vW{1
switch (audioType.ToLower()) f!JSb?#3
{ .zvvk
case ("mp3"): OQ4rJ#b
MP3 m = new MP3(); 1c:/c|shQ_
m.Play(); /5Xt<7vm8
break; 1N +ju"2R
case ("wav"): 3IQ-2 X--
WAV w = new WAV(); ]v0=jm5A
w.Play(); KZ|p_{0&
break; ky[ ^uQ>0
} /@6T~XY M
} (b+o$C
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/56;f\IA
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) c1g'l.XL
3
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。 l:sfM`Z^[
public class AudioMedia \Z625jt
{ oC(.u ?
public void Play() b`|,rfq^AZ
{ #6nuiSF
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); R5fZ}C7
} 57:27d0y
} gr4JaV
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)。 b&.3u ls6
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: b
R9iqRbn
public abstract class AudioMedia )h/Qxf
{ MG74,D.f
public abstract void Play(); &;$- &;
} x.>[A^
]wV_xZ)l^A
public class MP3:AudioMedia 3y*dBw
{ #;<dtw
public override void Play() tdnd~ WSR
{ W+aW2
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'BNZUuUl
} `+GiSj8'G
} p
i \SRDP
L7s
_3\
public class WAV:AudioMedia It5n;,n
{ Io<L!
=>
public override void Play() ^c:I]_Ww
{ =p#:v
MessageBox.Show("Play the wav file."); BDPF>lPf<
} {AAi x
} _sIr'sR~
)!d_Td\-
public class MediaPlayer 9a{9|p>L
{ >`+lEob
//根据需要完成任务的单向分派 gBo~NLrf
public void Play(AudioMedia media) O\^D
6\ v
{ z2OXCZ*/
media.Play(); n$3w=9EX*
} !9EbG
} ".
wG~H
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 j4Y] 8
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 QHe:
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: xO;Qr.3PX
public abstract class VideoMedia I9kBe}g3
{ wbh^ZMQ
public abstract void Play(); kI/%|L%6D
} _H$Z}2g<z
"Kf4v|6;
public class RM:VideoMedia Hv|(V3-
{ jN2Xoh9
public override void Play() hPrE
{ @{x+ln1r
MessageBox.Show("Play the rm file."); s:Z1
ZAxv
} 8YkCTJfBGu
} vjYG>YhV
[,q^\T
public class MPEG:VideoMedia l u V_
{ G>W:3y
public override void Play() ^uIKwql
{ ]`eJSk.
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); X*rB`M7,
}
H9rZWc"*
} Vvk\$'
lK #~lC
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。 O]\eMM&
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: e}q!m(K]e-
8Nxyc>8K~
public interface IMedia Dlo4Wy
{ q'<K$4_,%
void Play(); f{f|frs
} >
V%3w7
Y# ?M%I%j
public abstract class AudioMedia:IMedia D[CEg2$y
{ Fj0h-7L
public abstract void Play(); ;#6j9M0
} 3|.KEJC"
yy$7{9!
public abstract class VideoMedia:IMedia )lB*]
n`Z]
{ 'C\knQ
public abstract void Play(); g;<_GL
} !FJ_\UST0
QzA/HP a
这样再更改MediaPlayer类的代码: y{1|@?ii
public class MediaPlayer /A/k13 J
{ >rzpYc'~w
public void Play(IMedia media) 6'vt
'9
{ t&Z:G<;
media.Play(); ?u /i8
} t!}?nw%$
} h5R5FzY0&
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 y5bELWA
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。 OgBZoTT
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。 LjA>H>8%[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z
)dz
{ ~`x<;Ts
IMedia media = null; EL-1o02-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cn(0ID+3f
{ B|+tK
case ("mp3"): *ocbV`
media = new MP3(); _"#ucM=B:-
break; k!6wVJ|_Y
//其它类型略; H&zhYKw
case ("rm"): :N([s(}!$2
media = new RM(); (~FLG I
break; f;
1C)
//其它类型略; SH5G
} a7UfRG
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); |);-{=.OdQ
player.Play(media); O;*.dR
} 7`f',ZK%
{|J'd+
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 \aG:l.IM0
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 >HXmpu.O
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ;{Kx$Yt+
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。 .\>I-
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: enGjom
public interface IMediaFactory o-jF?9m
{ &% \`Lwh
IMedia CreateMedia(); V+kU^mI
} q={\|j$X
*r k!`n&
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: ~y(-j[
public class MP3Factory:IMediaFactory |VL(#U
{ kWgZIkY
public IMedia CreateMedia() g qRwN p
{ Ysk,9MR(F
return new MP3(); R2af>R
} ?][2J
} iZ3%'~K<3J
//其它工厂略; i>C:C>~
~agzp`!M
public class RMFactory:IMediaFactory LA.xLU3
{ m18 If
public IMedia CreateMedia() +89s+4Jn
{ xED`8PCfu
return new RM(); 89@e &h*
} VBIY[2zf
} YolO-5
//其它工厂略; [~ sXjaL8
I9`R LSn
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。 pCQB<6&1N
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: 0omg%1vt<A
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \1[I(u
{ <}3c%Q1
IMediaFactory factory = null; ?5qo>W<7
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _G!lQ)1
{ ,))UQ7N
//音频媒体 {Tp0#fi
case ("mp3"): .3%eSbt0
factory = new MP3Factory(); Eg"DiI)7
break; $Gs&'
yR
//视频媒体 \vB-0w
case ("rm"): }*~EA=YN;
factory = new RMFactory(); 3:i4DBp,i
break; &t+
//其他类型略; @xJ qG"
} %($qg-x
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mAFqA
player.Play(factory.CreateMedia()); kyQ%qBv ^
} sD$
\!7:b
\#[W8k<Z
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。 {_1^ GIIS
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: @^y/V@lDm
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AF1";duA
{ 2hV#3i
IMediaFactory factory = null; ]],6Fi+
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) U&PAs
e
{ J'4{+Q_pa
case ("mp3"): XnQd(B`M
factory = new MP3Factory(); O`O{n_o^u
break; F_!6C-z
//其他类型略; .9Bimhc6K
case ("rm"): $V~r*#$.
factory = new RMFactory(); Z&=K+P
break; _=jc%@]1y
//其他类型略; f)q\RJA)X
} H*3f8A&@s
IMedia media = factory.CreateMedia(); +15j^ Az
media.Play(); h)q:nlKUW
} ]nN']?{7PW
k0?4vA
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。 rd\mFz-SB
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。 ;h_"5/#
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。 9Ps:]Kp!vN
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: M}}9
4hztYOhJ{
<appSettings> h[3N/yP
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> C81+nR
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> :7IL|bA<
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> E$/`7p8)
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !,Wd$UK
</appSettings> 0G9@A8LU
US'X9=b_
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: ~R/7J{Sg
private void InitMediaType() %,MCnu&Z
{ H|T:_*5
cbbMediaType.Items.Clear(); bOux8OHt*
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) %|Gi'-'|b$
{ bXc7$5(!VB
cbbMediaType.Item.Add(key); jgYUS@}
} a9"x_IVU
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ~*Ve>4
} q#I/N$F
{O#=%o[
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: `8\pihww
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X.xp'/d
{ Y:G6Nd
VFM
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); )rz4IfE
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); G=!Y ~q g
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; l},*^Sn<5
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 1@E<5rp o
factoryDllName).Unwrap(); X6!u(plVQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); u7fae$:&