面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) jH/%Z5iu
-<.NEV
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。 EU~'n-
一、传统过程化设计思想 @&>
+`kgU-
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: Ki\jiflc7
public class MediaPlayer zOp"n\
{ S(xA}0]
private void PlayMp3() i<![i5uAI
{ l8li@K
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j* ja)
} ew~FN
c(JO;=,@9
private void PlayWav() 5n#&Hjb*F0
{ D4T+Gk"n
MessageBox.Show("Play the wav file."); Z)~4)71Y:
} I9 aber1
{(Z1JoSl
public void Play(string audioType) Onyq'
{
.l'QCW9
switch (audioType.ToLower()) (P_+m#
{ AIo;\35
case ("mp3"): RH'R6
PlayMp3(); J#nEGl|a
break; SjU6+|l
case ("wav"): m8`A~
PlayWav(); `;hBO#(H0}
break; Xb;`WE gC
} 3N\X{za
} ?!vW&KJZx
} rbWFq|(_
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。 !qq@F%tv
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。 H[oi? {L
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! ?RyvM_(N6
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。 U:(t9NX
b
二、面向对象设计思想 /iy/2x28>
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! Vngi8%YWp
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: _en 8hi@Z
public class MP3 g9.hR8X
{ M?97F!\U
public void Play() Kep?=9r4+
{ ?whp_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); xbIA97g-O,
} 5$w1[}UUd
} 0eIR)#j*
fW`F^G1R
public class WAV BC+qeocg
{ U[u6UG
public void Play() ^.7xu/T
{ _^ZII
MessageBox.Show("Play the wav file."); {:cA'6f.b
} ?Ci\3)u,P
} z@}~2K
X*&r/=
Public class MediaPlayer 1owoh,V6
{ 6ZJQ '9f
switch (audioType.ToLower()) &bNj/n/
{ P n DZi
case ("mp3"): P*Nl3?T
MP3 m = new MP3(); %-.GyG$i
m.Play(); C2T,1 =
break; )c_ll;%
case ("wav"): T9 1Iz+j
WAV w = new WAV(); J KGZ0yn
w.Play(); MvA_tRO
break; ~Fh(4'
} yDrJn*
r^
} 7#`:m|$
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。 "~6BC
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) k5/}S@F8
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。 7dRU7p>
public class AudioMedia uq_SF.a'v
{ jTJ[2WaS
public void Play() :4dili4|/
{ oc3/
IWII
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ]0O$2 j_ 7
} 'aJ?Syn
} ?T"crX
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 bBf+z7iyc
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: |m%&Qb
public abstract class AudioMedia TfOZ>uR"g
{ O_q_O
public abstract void Play(); pD9c%P
} +J}M$eQ
K`sm
public class MP3:AudioMedia ' =kX
{ lPQH_+)Z"
public override void Play() X,b}d#\
{ B^Q#@[T
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6lGL.m'Ra
} n >^?BU
} S_atEmQ
ZL
Aq8X
public class WAV:AudioMedia uo^>95lkv
{ )_ y{^kn3^
public override void Play() V l%k:
{ aap:~F{]X
MessageBox.Show("Play the wav file."); i8]r}a
} 0#ph1a<
} >_".
5VN4A<))
public class MediaPlayer ??Lxb% 7R
{ dK-G%5)r
//根据需要完成任务的单向分派 FWj~bn
public void Play(AudioMedia media) !}%giF$-
{ [
kknY+n1
media.Play(); Ptg73Gm&R
} h0`)=
} VQCPgs
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 x+&&[>-P
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Jg:'gF]jt
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: =[$*PTe
public abstract class VideoMedia JmK+#o
{ kF5}S8B
public abstract void Play(); xiiZ'U
} >3JOQ;:d8
DI\^+P
public class RM:VideoMedia 7D,+1>5^Ne
{ wsARH>Vz
public override void Play() 1VeCAx[e
{ otOl7XF
MessageBox.Show("Play the rm file."); Mo/xEB/O
} e1#}/U
} _VJb i,V
-%A6eRShk
public class MPEG:VideoMedia &&JMw6
&[`
{ F-nt7l
public override void Play() {"<Q?yA2y
{ CNwhH)*
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 4-\a]"c
} SOm~];[
} `:2C9,Xu
Vo\d&}Q
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。 +$9w[ARN+
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: }K/[3X=B
-vMP{,
public interface IMedia 4DNZ y2`
{ I|.B-$gH
void Play(); ,W#y7t
} qIk6S6
BdceINI
public abstract class AudioMedia:IMedia FvkKM+?F
{ XDn$=`2
public abstract void Play(); GV9"8MZ6
} NT/}}vES
qAU]}Et/
public abstract class VideoMedia:IMedia f7`y*9^
{ sU8D;ML7
public abstract void Play(); h'bxgIl'`
} \+,jM6l}-
8E" .y$AW
这样再更改MediaPlayer类的代码: a; "+Py
public class MediaPlayer 27MgwX
NQ
{ W]
lFwj
public void Play(IMedia media) qP"m819m
{ NEN br$,G
media.Play(); {\%x{
} GVg0)}
} a+X X?uN{
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 PBUc9/
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 F2u{Wzr_@
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 A}%sF MA
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <%!@cE+y
{ ;%U`P8b!
IMedia media = null; ^ PD a
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0$UE|yDs>
{ |HL1.;1
case ("mp3"): IE|$>q0Z
media = new MP3(); !rXyw`6N
break; ]6%| L
//其它类型略; 3A+d8fwi
case ("rm"): `527vK
6
media = new RM(); OaEOk57%de
break; D3_,2
//其它类型略; Q=+KnE=h
} SDot0`s>
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); U zc`,iV$
player.Play(media); rod{77
} ?(mlt"tPk
-O ej6sILO
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ?&Lb6(}e
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。 ^rx]Y;
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。 @ )1u
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。 5VISP4a
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: j/9'L^]
public interface IMediaFactory /{Nx%PqL
{ m:'fk;khN
IMedia CreateMedia(); 2cww7z/B
} #t;@x_2yD\
KF-n_:Bd+
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: 0"ZRJl<)[I
public class MP3Factory:IMediaFactory chxO*G
{ oJ5V^.
public IMedia CreateMedia() @o_-UsUX
{ IAg#YFI
return new MP3(); 65g\WB+/
} %rYd=Ri
} ;Lz96R@}
//其它工厂略; h_H$+!Nzb
"/wZt c
public class RMFactory:IMediaFactory v\&Wb_;A
{ 6VIi
nuOW
public IMedia CreateMedia() b]@^SN9
{ 3^C
return new RM(); q&7J1
} IRD?.K]*
} ]x?`&f8i
//其它工厂略; .]P@{T||Y
81`-xVd
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 tvavI9
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: u|i.6:/=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r6JdF!\d
{ <$/'iRtRzW
IMediaFactory factory = null; !5&%
P b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n-0RA~5z
{ Wu?4oF
//音频媒体 ^GHA,cSf
case ("mp3"): $3w a%"
factory = new MP3Factory(); Xb.WI\Eh
break; \= =rdW-
//视频媒体 +<7`Gn(n3
case ("rm"): a;8q7nC
factory = new RMFactory(); $0=f9+@5
break; |aIY
//其他类型略; 1>|2B&_^
} z^'3f!:3
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); %dw@;IZ#8{
player.Play(factory.CreateMedia()); ^U)xQD"
} @Ge\odfF:
.0}]/%al
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|e@`"T
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: W^v3pH-y#
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;Hk{bz(
{ lpi^<LQ@l
IMediaFactory factory = null; XSOSy2:
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +V
Oczl=
{ ?2q4dx0
case ("mp3"): -HQ(t
factory = new MP3Factory(); {f1iys'Om
break; fmgXh)=
//其他类型略; G1tua"Px
case ("rm"): u7(<YSOs
factory = new RMFactory(); X^o0t^
break; H6/n
//其他类型略; o{[w6^D7
} )JA9bR
<
IMedia media = factory.CreateMedia(); |X47&Y
media.Play(); K6Z/
} 0+{CN|0
Yx[B*] 2
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。 ;M<R
e
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。 .(g"(fgF
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。 8{4SaT.-Rm
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: _ci8!PP
,hSTR)
<appSettings> r7FFZNs!
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> as^!c!
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> D;! aix3
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> }}b &IA#
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $*$X5
</appSettings> a8}!9kL
1fMl8[!JLu
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: 01w}8a(
private void InitMediaType() n?mV(? N
{ pq +~|
cbbMediaType.Items.Clear(); / n@by4;W
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) l1UN.l'p
{ $N/"c$50,
cbbMediaType.Item.Add(key); ~0V,B1a
} A}W}H;8x
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; W [B;;"ro
} x5(B(V@b
\Xpq=2`
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: mO^)k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) hQ _gOI
{ ,V`[;~49
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
+`&-xq76
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); :9]"4ktoJ
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; =z4kK_?F,
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 3?r?)$Jk
factoryDllName).Unwrap(); NR.YeKsBq
IMedia media = factory.CreateMedia(); mvXIh";
media.Play(); h(gpqSN
} s)5W:`MH?
QLDld[
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。 R4AKp1Y
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: #,;X2% c
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ;@s'JSPt
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!