面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) wM0P#+bA\
p+.{"%
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。 {0J
(=\u
一、传统过程化设计思想 \!J9|
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: ]
RLEyDB
public class MediaPlayer _[p@V_my
{ >sZ207*
private void PlayMp3() .NX>d@
Kc
{ ,0fYB*jk
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); EG
oe<.
} 6i=Nk"d
/OsTZ"*.2/
private void PlayWav() =5D@~?W ZG
{ Z.{r%W{2
MessageBox.Show("Play the wav file."); "v[?`<53^l
} -MTO=#5z
r4wnfy
public void Play(string audioType) 1 GB
{ \EC7*a0
switch (audioType.ToLower()) ;sZHE&+
{ mEVne.D
case ("mp3"): Q"D%xY
PlayMp3(); R)u ${
break; >=!$(JgX
case ("wav"): @;P\`[(*
PlayWav(); 3`^NaQ
break; QVJvuiUh
} f%ynod8
} <f/wWu}
} n%%u0a%
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。 FZJyqqA$_
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 38 HnW
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 6JZ$;x{j
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。 6~y7A<[^
二、面向对象设计思想 w@Gk#
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! .:?cU#.
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: 6H:'_|G
public class MP3 rxM)SC;P
{ ^[u*m%UB
public void Play() @uzzyp r>
{ ;=oGg%@aP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); KRN{Ath.
} JzZ9ua
} ?:1)=I<A4
]Yd7
public class WAV U.0bbr
{ \[ 5mBuk
public void Play() Ymr\8CG/
{ >x6$F*:W}
MessageBox.Show("Play the wav file."); VQ]MJjvb
} $ix*xm. 4m
} F)Qj<6
,`nl";Zc
Public class MediaPlayer O,A}p:Pgs
{ l0g`;BI_
switch (audioType.ToLower()) wG2-,\:
{ Q{))+'s2h
case ("mp3"): 'h~I#S4!
MP3 m = new MP3(); 8~s-@3J
m.Play(); @[] A&)B
break; cc|"^-j-7
case ("wav"): G ?&T0
WAV w = new WAV(); 'RjMwJy{
w.Play(); M~ ^ {S[o
break; i<]Y0_?s
} #&jr9RB
}
W;9Jah.
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 sxBRg=
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) h1uD >heGl
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 c$w} h[
public class AudioMedia [AHZOA
{ i<%
public void Play() {aRZBIv
{ Vy:MK9U2
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); $xsmF?Dsx5
} QW_QizR>|
} {x8UL7{
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)。 $}/Q%r
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: g
:Z,
ab4
public abstract class AudioMedia
%=O$@.%Zc
{ HxmCKW!
public abstract void Play(); YvP u%=eF
} gc6T`O-_;
0XNj!^&
public class MP3:AudioMedia WP-'gC6K=
{ Fo1|O&>
public override void Play() mlmXFEC
{ /\B[lRn
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); gUq)M
} {=K u9\
} x#
&ZGFr~
A t#'q>Dn
public class WAV:AudioMedia rH<iUiA?O
{ $CYB&|d
public override void Play() .$,.w__m~
{ m#oZu {
MessageBox.Show("Play the wav file."); VN1a\
} }M I9?\"q
} cLD-,v;c
i%R2#F7I
public class MediaPlayer 43?J~}<Vs
{ +J~q:b.
//根据需要完成任务的单向分派 ;%R+]&J
public void Play(AudioMedia media) `Y`QxU!d%
{ 6c/Tm0[
media.Play(); A-dL_3
} h""a#n)q}`
} @e/40l|X
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)。 t/baze;V
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。 Cl+TjmOV\`
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: #VwA?$4g`
public abstract class VideoMedia q;kN+NK64
{ Wo^r#iRko
public abstract void Play(); FrNW@
} 4IIXzMOa
zDk^^'
public class RM:VideoMedia v$`AN4)}
{ `[+nz
rLkO
public override void Play() y/}>)o4Q
{ F; IG@ &
MessageBox.Show("Play the rm file."); t7%!~s=,M
} 7 vS]O$w<4
} ?=]*r>a3
5[Ryc[
public class MPEG:VideoMedia uT}Jw
{ R":nG7o
public override void Play() p5KM(N6f
{ `aS9o]t
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g]g2`ab |
} 'CH|w~E
} ;NrkX?Y
_faI*OY8
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。
V^t5
Y+7
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: <h/\)bPB
oK GF Dl]3
public interface IMedia p,=:Ff}~
{ "}bk
*2
void Play(); $rySz7NI
} ^;2dZgJ4^
G~{xTpL
public abstract class AudioMedia:IMedia X^#.4:>.
{ $FgpFxz;
public abstract void Play(); .bOueB-
} }[u 9vZL
dJ#.
m
public abstract class VideoMedia:IMedia !Cj1:P
{ !P, 9Sg&5)
public abstract void Play(); <:u)C;
} EX[X|"r
>a]4}
这样再更改MediaPlayer类的代码: sBuVm<H
public class MediaPlayer g#V3u=I8~
{ d0b--v/
public void Play(IMedia media) b&g9A{t
{ $
;/Ny)"
media.Play();
&Z+a (
} )>ed6A1
} %<e\s6|P:
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 HRx%m1H
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。 icF -`m
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。 _c|>m4+X
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7cn"@h rJ
{ ;<#fZ0(l;
IMedia media = null; hGH{Xp[mW
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <?P UF,
{ ^yKP 99(
case ("mp3"): j=)%~@
media = new MP3(); PZ-|W
break; %HuQc^
//其它类型略; _[V.%k
case ("rm"): /|y3M/;F
media = new RM(); &b}!KD1
break; |,]#vcJP#b
//其它类型略; gU/\'~HG
} "w`f>]YLA
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); >]=1~sF
player.Play(media); #UC4l]Ru A
} fp9ksxb@m
Z{/C4" F
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 y^zVb\"4
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。 Vzz0)`*hQ
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。 Yuze9b\[
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。 g~%=[1
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: O'm&S?>
public interface IMediaFactory M~7?m/Wj
{ 3Fh<%<=
IMedia CreateMedia(); :*1Gs,
} qJW>Y}
DRi!WWivn
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: )F<<M+q=
public class MP3Factory:IMediaFactory g?(Z+w4A
3
{ 5JI+42S
\
public IMedia CreateMedia() "8Pxf=
{ `NV =2T
return new MP3(); j2#Vdw|j
} qo.~5
} bE^Z;q19
//其它工厂略; L5cNCWpo
T~%5^+[h
public class RMFactory:IMediaFactory 7F3Hkvd[k
{ i,ku91T
public IMedia CreateMedia() ZzI^*Nyg
{ M!=v"C#
return new RM(); sEdWBT 8
} l~&efAJ-$
} QA.B.U7!
//其它工厂略; <V"'j
X8bo?0
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
uVQ
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: V:!fe+Er
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Px=/fO G
{ +F 6KGK[
IMediaFactory factory = null; D}!U?]la&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {C*mn !u
{ 622mNY
//音频媒体 ms
;RJT2O'
case ("mp3"): ,D3q8?j
factory = new MP3Factory(); "S[VtuxPCU
break; d[rxmEXht
//视频媒体 lyZof_/*
case ("rm"): 7 m&M(ct
factory = new RMFactory(); a|5GC pp
break; TDY}oGmNn
//其他类型略; fUb5KCZ
} ^gky i/z
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8c__ U<
player.Play(factory.CreateMedia()); 7=T0Sa*;
} 1y_{#,{>
u
bP2ws
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。 >g93Bj*
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: )J (ekfM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Aid{PGDk
{ $F G4wA
IMediaFactory factory = null; &.<{c
`-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0+r/>-3]
{ HK&F'\'}
case ("mp3"): Z/;rM8[{&
factory = new MP3Factory(); wC=IN
break; K
N0S$nW+
//其他类型略; -mX
_I{BJ
case ("rm"): )l30~5u<J
factory = new RMFactory(); f*5=,$0
break; G!OD7:
//其他类型略; )KBv[|
} |}q0G~l
IMedia media = factory.CreateMedia(); !M^pL|
media.Play(); ])~*)I~Y
} Q6%m}R
D9H|]W ~
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 B7}-g"p$/
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。 ,{8~TVO
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。 .Ji
r<"*<
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: P$]Vb'Fz
oi"Bf7{
<appSettings> ,fET.s^|U
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ,Z>Rv Ll
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> _7$j>xX
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> A2rr>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> j*QY_Ny*
</appSettings> J4lE7aFDA~
%iD>^ Dp
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: *A,=Y/
private void InitMediaType() R"O9~s6N
{ 1P2%n[y
cbbMediaType.Items.Clear(); =nid #<X
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ~`-9i{L
{ #0xvxg%{
cbbMediaType.Item.Add(key); p2&KGtX'
} WJz
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; fRrHWE+
} XJ@ /r,2
L1rov
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Xx?Jt
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Vaq=f/
{ #M`ijN!Y
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 3<JZt.|
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); k,?Y`s
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 8`u#tl(
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, _/E>38G]
factoryDllName).Unwrap(); YuPgsJ[m
IMedia media = factory.CreateMedia(); *[yCcqN.
media.Play(); YT:<AJm
} qU2>V
C7+TnJ
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。 %],.?TS2V
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: ' R=o,=
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 E>'pMw
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!