面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) (p{X.X+
A({czHLhN5
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。 7'\.QJ!<
一、传统过程化设计思想 kF|$oBQ
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 8~'cP?
public class MediaPlayer 7<j!qWm0
{ 4$Ai!a
private void PlayMp3() `cGks
{ @@Q4{o
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4:V
+>Jt
} fQoAdw
B7\4^6Tx
private void PlayWav() v`S5[{6
{ g0,~|.
MessageBox.Show("Play the wav file."); JU8}TX
} 5Q10Ohh
rc=E%Qv%?
public void Play(string audioType) 9wL2NC31Q
{ wkt4vE87
switch (audioType.ToLower()) t#(NfzN
{ G@s:|oe
case ("mp3"): #aqnj+
PlayMp3(); BValU
break; ]5'*^rz ^
case ("wav"): x.1=QF{!
PlayWav(); xU\!UVQ/
break; LW=qX%o{
} D4$b-?y
} %`~4rf"7
} L4iWR/&
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 o#FctM'Z
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 sX?arI=_U
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Zl5DlRuw
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 dOD(<
二、面向对象设计思想 IQBL;=.J.
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! jnV#Q
;
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 2Wcu.
public class MP3 J.~@j;[2
{ }Z <I%GT
public void Play() 1^k}GXsWmE
{ T#&1q]P1F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 6Emn@Mn=
} uNf'Zeo
} Nr@,In|JS
CX#d
public class WAV !d##q)D
f?
{ 6UIS4_
public void Play() X[J<OTj`$
{ eGMw:H
MessageBox.Show("Play the wav file."); (F'~K,0
} 2`i&6iz
} [CHN3&l-5S
5]{rim
Public class MediaPlayer !jP[=
{ /8Lb_QH{
switch (audioType.ToLower()) !UzE&CirV
{ ,vR>hyM
case ("mp3"): }ll&EB
MP3 m = new MP3(); ccv
m.Play(); 0Cc3NNdz
break; o=VZ7]
case ("wav"): ;$eY#ypx
WAV w = new WAV(); bP:u`!p
-i
w.Play(); q4:zr
break; "4XjABJ4'
} ~U<j_j)z4.
} #cR5k@
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 -/8V2dv3
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) X>dQK4!R
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 2Jo|P A`9
public class AudioMedia (ht"wY#T<(
{ hj=n;,a9
public void Play() covCa )kf
{ z%fjG} z
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); i(rYc
} ?(s9dS,7wZ
} Jn(|.eT|
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 O-AC$C[d
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: aeMj4|{\
public abstract class AudioMedia E:}s6l
{ Njo.-k
public abstract void Play(); L `2{H%J`
} dsEvpa$?
F, =WfM\
public class MP3:AudioMedia xqT} 9,
{ b#709VHm
public override void Play() |$8N*7UD
{ "+Ks#
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); M!G/5:VZ
} *"|f!t
} Z'AjeZyyE
"<oR.f=0
public class WAV:AudioMedia wKW.sZ!S1
{ P EzT|uY
public override void Play() UeUOGf ,
{ B_!S\?}$
MessageBox.Show("Play the wav file."); Xk^<}Ep)c
} "97sH_
,
} f`}u9!jVR
jp-(n z\
public class MediaPlayer 9aID&b+
{ z#5qI',L
//根据需要完成任务的单向分派 !ggHLZRlz
public void Play(AudioMedia media) x!4<ff.
{ .ErR-p=-
media.Play(); $SLyI$<gP
} hzV%QDUpe
} Mt4`~`6
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)。 wC1)\ld
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。 Qz"@<qgQy
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: zPvTRW~H\
public abstract class VideoMedia
zll?/|%
{ 0s4]eEXH
public abstract void Play(); gYL#} ) g
} &S^a_L:
H8c -/
public class RM:VideoMedia |$T?P*pI.
{ f]+.
i-c=
public override void Play() LNgFk%EH
{ +SFo2Wdr43
MessageBox.Show("Play the rm file."); *@
\LS!N
} Swv
=gu
} Or1ikI"
<t *3w
public class MPEG:VideoMedia Si;eBPFH
{ &I(3/u
public override void Play() <l)I%1T_c
{ CfLPs)\ACm
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); &53LJlL
Co
} S?H
qrf7<
} g*U[?I"sC
`?"[u"*
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Jpe\
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ~:A=o?V2
4!+IsT
public interface IMedia jW|M)[KJN
{ 9&4z4@on
void Play(); G{s
q|1
} jivGkIj!8
O~bzTn
public abstract class AudioMedia:IMedia v3/G.B@=
{ H+5N+AKb@
public abstract void Play(); }!vJ+
} ,|R\ Z,s
!uHVg(}
public abstract class VideoMedia:IMedia "qY_O/Eg]]
{ sr$JFMTO11
public abstract void Play(); !_1RQ5]^
} vP&JL~
w#$Q?u ,G
这样再更改MediaPlayer类的代码: =
:\o/)+
public class MediaPlayer _AVP1
{ SQBe}FlktK
public void Play(IMedia media) 9r,7>#IF
{ oGZ%w4T
media.Play(); o7@81QA!e
} GA)t!Xg^
} p?sC</R
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ]OA8H[U-eA
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 [RUYH5>Ik
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 uHO>FM,
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a^GJR]]
{
{ ]$WwPDZ
IMedia media = null; $]]|#}J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <bOi }
{ $~.'Tnk)
case ("mp3"): >BlF<
d`X
media = new MP3(); r`CsR0[
break; OM7EmMa;
//其它类型略; u"1Zv!
case ("rm"): )KD*G;<O]L
media = new RM(); 39,7N2 uY
break; GZqy.AE,
//其它类型略; xrl!$xE
GX
} b\Gw|?Rv
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ],ISWb
player.Play(media); w57D qG>
} L(qQ,1VY
8d"Ff
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 0h~7"qUF@
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。 3,-xk!W$L
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 jG&gd<^
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 2_Otv2
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: <-m[0zgq
public interface IMediaFactory 3N 5b3F
{ qUtlh,4)
IMedia CreateMedia(); 7^Q4?(A
} p{4nWeH?B
p!3!&{
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: Vq<\ixRi
public class MP3Factory:IMediaFactory 3]g|Cwu
{ <2>Qr(bb
public IMedia CreateMedia() BO)Q$*G~JD
{ ify}xv
return new MP3(); W~FM^xR?p
} z#elwL6
} _"0Bg3Y
//其它工厂略; zU,Qph
,<
V0!$k.Wk
public class RMFactory:IMediaFactory $4a;R I
{ DNl'}K1W
public IMedia CreateMedia() ;/g Bjp]H
{ e2l!L*[g
return new RM(); xRM)f93@
} 1x~dsM;q
} a6i%7O m
//其它工厂略; <^8&2wAkJ
GY,HEe]2r
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 &!5S'J%
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Sr?2~R0&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ijR,% qg
{ 7awh__@
IMediaFactory factory = null; VwrHD$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Zw<\^1
{ ?m>!P@
M
//音频媒体 [=q&5'FY0
case ("mp3"): ^J-\s_)"
factory = new MP3Factory(); NhYce>
break; U^.kp#x#
//视频媒体 B6#^a
case ("rm"): %RS8zN
factory = new RMFactory(); =7212('F
break; oF0BBs$
//其他类型略; p`-Oz]
} FH}2wO~ _
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); J-wF2*0r<
player.Play(factory.CreateMedia()); sbi+o,%1
} cg]>*lH
!m<v@SmL\
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。 xaG( 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: -\V!f6Q
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,`O.0e4pn
{ QpZCU]
IMediaFactory factory = null; hiQ #<
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
Hlj_oDL
{ ydm2'aV
case ("mp3"): U+FI^Xrt#
factory = new MP3Factory(); _8I\!
break; Mo~zq.
//其他类型略; _^ny(zy(
case ("rm"): nqMXE82
factory = new RMFactory(); qRnD{g|{1
break; @nOj6b
//其他类型略; vlS+UFH0
} 3BzC'nplm
IMedia media = factory.CreateMedia();
vle`#c.
media.Play(); b>Em~NMu_
} /_l$h_{DH
AkE(I16Uy~
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。 f5ttQ&@FF
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。 yT<