面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 5p`.RWls
!;~6nYY
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。 ={gf x;
一、传统过程化设计思想 L>1i~c&V
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: Zh,{e/j
public class MediaPlayer |*-&x:p7O
{ Kitx%P`i
private void PlayMp3() @h";gN
{ Zm~oV?6
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 2/ v9
} mq*Efb)!
FCMV1,
private void PlayWav() +4*jO5EZ
{ :{ Q[kYj
MessageBox.Show("Play the wav file."); ";$rcg"%X
} y?*4SLy
MH=;[ | N
public void Play(string audioType) BA t0YE`-,
{ %`1p 8>n
switch (audioType.ToLower()) tsvh/)V
{ \C.s%m
case ("mp3"): w5tcO%+k1
PlayMp3(); qKL
mL2O
break; v"N%w1`.e
case ("wav"): qL?`l;+
PlayWav(); |H7f@b]Sk
break; fNTe_akp
} eJ
O+MurO
} ^CWxYDG*
} oUG!=.1}K5
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 K:\db'``
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 k1)=xv#S
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! cczV}m2)
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 z c7P 2@
二、面向对象设计思想 !HPye@Ua
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ,/bv3pE
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: F2#s^4Ii
public class MP3 01/yog
{ _BP!{~&;
public void Play() /6PL
{ :]g>8sWL
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Bp>Z?"hTe
} (viGL|Ogn
} bw& U[|A0%
^a+H`RD
public class WAV sj& j\<(
{ C`LHFqv
public void Play() F.[E;gOTo
{ q"O4}4`
MessageBox.Show("Play the wav file."); zEYT,l
} u~y0H
} fce~a\y0
"fTW2D74
Public class MediaPlayer AV%t<fDG#
{ /$NZj"#
switch (audioType.ToLower()) u^Sa{Jk=
{ qe{:9
case ("mp3"): |}Wm,J
MP3 m = new MP3(); ./#F,^F2
m.Play(); "g=g' W#
break; s}5,<|DL
case ("wav"): e0; KmQjG
WAV w = new WAV(); SZ'2/#R>
w.Play(); WQ>y;fi5/{
break; U3UDA
} ?1kXV n$
} xYUC|c1Q9
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。 8M&q
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) OPtFz6
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。 YLVZ]fN=>
public class AudioMedia :G\X
{ K.T.?ug;:
public void Play() ?\7$63gBH
{ !:<(p
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); #Z)8,N
} aUTXg60l*
} ta'{S=^j
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 zs<2Ozv
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: d=v{3*a_4,
public abstract class AudioMedia =Mby;wQ?|
{ /3`(Ki{
Q
public abstract void Play(); 8'}D/4MUr
} Svun
RUE-f
Ga
M:/.
public class MP3:AudioMedia @j/|U04_Z
{ .Fe_Z)i>h
public override void Play() vl,Ff9
{ 3{*nG'@Mal
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -m"9v%>Y
} 2:4:Q[{A
} e!hy,O{Pw
o$%I{}9x
public class WAV:AudioMedia H0P:t(<Gt
{ 7)Y0D@wg
public override void Play() gf\F%VmSN
{ Z;qgB7-M
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]8;2Oh
} I"5VkeIx
} ZqK1|/\
rh
6hX[5?}
public class MediaPlayer {/E_l
{ lCAD $Ia~
//根据需要完成任务的单向分派 ~p* \|YC
public void Play(AudioMedia media) "1iLfQ
{ zZ*\v
media.Play(); ^0fe:ac;
} J%mtlA
} XJI
ff$K
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)。 8v V<A*`
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。 alV{| Vf[6
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: WnkI i,<
public abstract class VideoMedia \]y /EOT
{ KW 78J~u+
public abstract void Play(); $[1J[eY*
} s-"oT=
|q+dTy_n
public class RM:VideoMedia |[B JZ
{ 8uD%
public override void Play() f(Uo?_as
{ ];63QJU
MessageBox.Show("Play the rm file."); 'n dXM
} ~M?^T$5
} QGoBugU
.2v)x
public class MPEG:VideoMedia VTIRkC
wl@
{ IL&;2%
public override void Play() oT}-i [=}
{ wk[4Qsk<
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); hqwDlapTt
} p1`")$
} PC55A1(T
=`W#R
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。 =f\BAi
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: Vu1swq)l
:)g}x&A^$
public interface IMedia @5:#J!
{ }*>xSb1
void Play(); )~LqBh
} >9i%Yuy](
L_{gM`UFc
public abstract class AudioMedia:IMedia e]k\dj;,^%
{ N`xXH
public abstract void Play(); 746['sf4c
} 1h,m
t*dd/a
public abstract class VideoMedia:IMedia dm`:']?
{ U0fr\kM
public abstract void Play(); 5kdh!qy[$,
} I\WBPI
tuIQiWHbM
这样再更改MediaPlayer类的代码: <#>{7" }
public class MediaPlayer %Xjg/5G -
{ +txHj(Y`
public void Play(IMedia media) U%u%_{-
{ >V|KS(}s
media.Play(); y??^[ sB
} %RD%AliO}K
} ]7:*A7/!.
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 +
X0db
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 -hpC8YS
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 )gPkL
r
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !'f.g|a
{ W>cHZ. _
IMedia media = null; m$!Ex}2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) s_RUb
{ rOA{8)jIa*
case ("mp3"): V:*6R/Ft
media = new MP3(); w3E#v&"=Y
break; k+;XQEH
//其它类型略; P&.-c _
case ("rm"): U{?#W
media = new RM(); wG}Rh,
break; d*tn&d~k,
//其它类型略; Lxqv
} K1_#Jhz
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); .z}*!
player.Play(media); Uxb>)36I
} W0;MGBfb
O;H|nW}
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 m>&:)K}m
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。 rfHAz
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。 1|/-Ff"1@
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。 F|!
ib5
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: 2Mw^EjR
public interface IMediaFactory 0*F<tg,+]
{ Qf.]Mw?Bm
IMedia CreateMedia(); 3#Qek2
} p|RFpn2ygF
6X[Mn2wYW
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: rGUu K0L&
public class MP3Factory:IMediaFactory pZV=Co3!I
{ F*J@OY8i
public IMedia CreateMedia() ,]H2F']4Z
{ 8/BWe
;4
return new MP3(); D5$|vv1
} 'Fr"96C$
} +LB2V3UZ
//其它工厂略; zya2 O?s
v)s;
wD
public class RMFactory:IMediaFactory Gz kvj:(V
{ >&D}^TMYY
public IMedia CreateMedia() n1PV/ Z
{ Q~zs]{\
return new RM(); `FHKQS5
} t*(buAx
} aM!%EaT
//其它工厂略; )m<CmYr2
BVe c
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。 Pt\GVWi_t
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: HMl
M!Xk?
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) D V=xqC6}
{ nk.j7tu
IMediaFactory factory = null; =l+~}/7'Z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 'v 0(ki#
{ 7(plHW|
//音频媒体 d$#DXLA\P
case ("mp3"): YF68Ax]
factory = new MP3Factory(); SK t&BnW
break; vNSeNS@jxC
//视频媒体 E:ti]$$
case ("rm"): Ck>{7Gw
factory = new RMFactory(); |?<^4U8
break; L.Tu7+M4
//其他类型略; c$b~?Mx
} {N'<_%cu
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Y0xn}:%K
player.Play(factory.CreateMedia()); SI9PgC
} ]CGH )4Pe
49-wFF
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 N-YCOSUu
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: ='Fh^]*5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) "a=dx|
Z
{ 6S&OE k
IMediaFactory factory = null; DW>|'w %
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]*TW%mY
{ xV>sc;PEb
case ("mp3"): {pz7ADK<
factory = new MP3Factory(); rq![a};~
break; 82KWe=
//其他类型略; UoOxGo
case ("rm"): <RJ+f-
factory = new RMFactory(); (,;4f7\
break; P\{}yd
//其他类型略; l9vJ]
} V(P 1{g
IMedia media = factory.CreateMedia();
>B$J
media.Play(); $5N\sdyZxg
} s}g3*_"
tf4clzSTa
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 ]:}x 4O#
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 O~4Q:#^c
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 *yqke<o9)
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: Wo7`gf_ (
tJ9gwx7Pg
<appSettings> ZYs?65.
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> <8YIQA
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> k~IRds@G
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> [Y-3C47
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Z}yd`7
</appSettings> 1BOv|xPjZ
EFzPt?l
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: FJ{6_=@D
private void InitMediaType() 6ac_AsFK
{ {+jO/ZQu5
cbbMediaType.Items.Clear(); Q3rLCg,;
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) }.N~jx0R
{ c_Jcy
cbbMediaType.Item.Add(key); 1{.5X8y1x
} Y{g[LG`U
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; J!d=aGY0-
} .tA=5QY,
NKMVp/66D
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: L!0}&i;u~5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r;@"s g
{ SlI
wLv^
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 2U&+K2
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); x<1t/o
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; #+(@i|!ifo
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, (CrP6]=
factoryDllName).Unwrap(); BY>]6SrP
IMedia media = factory.CreateMedia(); #Q$e%VJ(c1
media.Play(); L3Ivm:
} vY);7
3v>w$6
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。 ih(A l<IS
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: =F/ EzS
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 /5y _ <
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!