面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &'}RrW-s
}5}.lJ:
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。 PSZL2iGj9V
一、传统过程化设计思想 NR5oIKP?
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: pm_u
public class MediaPlayer fi$-;Gz
{ sU@nc!&Y@
private void PlayMp3() :=\Hoz
{ E~gyy]8&
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); f,:9N 5Z
} VI'hb'2
&'}/f5s|
private void PlayWav() ,kF}lo)
{
1][S#H/?
MessageBox.Show("Play the wav file."); qCqFy#Ms\
} |(q9"
!WpBfd>v.I
public void Play(string audioType) h >s!K9
{ BC&9fr
switch (audioType.ToLower()) 4bn(zyP
{ $l|qk z
case ("mp3"): U~j
^I^
PlayMp3(); @)4]b+8Z
break;
s8rE$
case ("wav"): $}jssnoU
PlayWav(); Ksy -e{n
break; j&Wl0
} oze&
} ~?FpU
} Ju
:CMkv
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 6DuEL=C
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 [3--(#R\}?
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 7TDy.]
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 `R=HKtr?
二、面向对象设计思想 |]ZYa.+:
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! R5 9S@MsuD
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 30.@g[~
public class MP3
By9*1H2R
{ *UmI]E{g3(
public void Play() J_v$YwE
{ @p NNq
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); WUsKnf
} 371
TvZ4
} pFHz"]
9uBM<
public class WAV ~(IB0=A{v
{ ZObhF#Y9
public void Play() t{WzKy
{
OPx`u
MessageBox.Show("Play the wav file."); iIq)~e/ Z
} naw0$kXTA
} fI~Xmw+}}
Y5FbU
Public class MediaPlayer qh2ON>e;
{ 4W)B'+ZK8
switch (audioType.ToLower()) ^n"OL*ipG
{ )l[M
Q4vWW
case ("mp3"): ;Mpy#yIU.
MP3 m = new MP3(); Qe5U<3{JZ
m.Play(); j"|=C$Kn/
break; !/3B3cG
case ("wav"): ,;Hu=;
WAV w = new WAV(); t7?Zxq
w.Play(); .NvQm]N0.
break; g47-db"5
} W034N[9
} |<.lW
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。 +{W>i; U
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 3rcKzS7
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。 z3K6%rb-
public class AudioMedia .D:Z{|.1
{ Z<SLc,]^
public void Play() kLni{IYN7
{ j/nWb`#y
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); )p~BQ~eip;
} l: <?{)N`
} [-;_ZFS{
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)。 JNa"8
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: Tp-l^?O-p
public abstract class AudioMedia K_El&
{ '
)?f{
public abstract void Play(); d_)o
} ,>eMG=C; g
elG<k%/2
public class MP3:AudioMedia Y))u&*RuT0
{ we;G]`@?
public override void Play() wm$}Pch
{ xgNJ eQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K,boVFs
} nZ@&2YPlem
} ]zQo>W$
w[!^;#
public class WAV:AudioMedia +tk{"s^r*
{ .$%Soyr?,
public override void Play() 3plzHz ,x
{ 'C
~y5j
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8-_QFgY
} _&j}<K$-(
} vt;{9\Y
nM-h&na{s
public class MediaPlayer V {pj~D.E
{ lI-L`
x
//根据需要完成任务的单向分派 _/s(7y!
public void Play(AudioMedia media) Lv'D^'I
{ 6C]1Q.f;
media.Play(); S`"LV $8
} M\Z6$<H?U
} bV8!"{
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)。 0em#-*|2"
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。 YR>B_,Gl
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: B,K>rCZ/
public abstract class VideoMedia LF~*^n>
{ Ircp``g
public abstract void Play(); +AHUp)
} $T`<Qq-r
)Lwc
public class RM:VideoMedia 4&_NJ\
{ kIGbG;"_
public override void Play() 9P~\Mpk
{ `xywho%/Y
MessageBox.Show("Play the rm file."); gOr%!QaF
} `S2[5i
} 0qo)."V{
T.We: ,{
public class MPEG:VideoMedia v|Yh w
{ Xy@7y[s]
public override void Play() 1 29q`u;
{ GF>'\@Th
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); o4%y>d)
} j8fpj {hp
} ;Ww7"-=sw
??i,Vr@)w
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 {2+L@
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: Mnz!nWhk
#ssN027
public interface IMedia EC\yzH*X
{ wQiX<)O
void Play(); T[sDVkCbxf
} :k3Nt5t!
^B@Wp
public abstract class AudioMedia:IMedia rDQ!zlg>l
{ c{&*w")J
public abstract void Play(); ,WG<hgg-U)
} :^fcC[$K
sz)oZPu|
public abstract class VideoMedia:IMedia ']>Mp#j
{ _x?uU
public abstract void Play(); ObE,$_ k
} ;+tpvnV;]
~,BIf+\XF
这样再更改MediaPlayer类的代码: :sP!p`dl
public class MediaPlayer /-qxS <?o
{ :LQ5u[g$\
public void Play(IMedia media) h~(D@/tB
{ dpFVN[\oK
media.Play(); >A<bBK#
} v k?skN@
} <7n4_RlF!
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 <]T` 3W9
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。 gCN$}
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Qed.4R:o
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MUA%^)#u4Q
{ gt ";2,;X
IMedia media = null; hTEx]# (
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UH"#2< |b
{ X5`A GyX
case ("mp3"): KMV=%o
media = new MP3(); ?qX)ihe%k
break; :Pg}Zz <
//其它类型略; n f.wCtf].
case ("rm"): q~59F@
media = new RM(); %uoQ9lD'
break; X5khCLHi
//其它类型略; fnNYX]_bk
} T`9u!#mT=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); cI=r+OGk*
player.Play(media); :Mcu
} ~\cO"(y5:O
f_imyzP
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 581e+iC~<H
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 t(+)#
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Ik[s
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 _9?I A
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: qBQ`~4s
public interface IMediaFactory XgxX.`H7
{ d~?X/sJ t
IMedia CreateMedia(); (s1k$@d
} Z{
u a=0
sU"}-de
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: cwuO[^S}
public class MP3Factory:IMediaFactory eXkujjSw"
{ (__yh^h:m
public IMedia CreateMedia() 7;tJK^J`
{ #CnHf
return new MP3(); nD0}wiL{
} shH~4<15
} Khe!g1=&X
//其它工厂略; &tZG
@
[Cb`{
public class RMFactory:IMediaFactory 7-~Q5Kr.
{ D!oc>K$B
public IMedia CreateMedia() &%2*Wu;
{ d7&eLLx
return new RM(); +,&O1ykY
} nZ_v/?O
} ,j?.4{rHJ
//其它工厂略; SR8qt z/V
#k$)i[aI-
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。 X/;p-KX
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: 6AP~]e 8
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?6k}ii!c
{ * FeQ*`r
IMediaFactory factory = null; -@F fU2
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `?y<>m*
{ -3&G"hfK
//音频媒体 M^7MU}5w
case ("mp3"): rFZrYm
factory = new MP3Factory(); `$YP<CJeq
break; jr /lk
//视频媒体 $v`afd y
case ("rm"): O Lc}_
factory = new RMFactory(); ';G1A
break; zi'Jr)n
//其他类型略; S/`%Q2za4
} Ln.ZVMZ;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Xwa_3Xm*Le
player.Play(factory.CreateMedia()); Qe'g3z>
} yfDAk46->6
X]y)ZF26
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 Dl&GJ`&:p
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: v`c$!L5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v6GsoQmA
{ jhGlG-^
IMediaFactory factory = null; $3d}"D
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) PU {uE[
{ 1
Vy,&[c~"
case ("mp3"): id?#TqD
factory = new MP3Factory(); `Ci4YDaz;k
break; ^#):c`
//其他类型略; vMs;>lhtg
case ("rm"): ,WQ^tI=O
factory = new RMFactory(); 2`a
q**}
break; &W6^6=E{g
//其他类型略; k{AyD`'Q
} :+%Zh@u\
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3SBZ>
media.Play(); B(DrY1ztj
} ;XC@=RpX
-/D|]qqHm
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 46h@j>/K
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 _Hd{sd#xX1
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 vU*x2fVb}
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: {S<>&?XB
8yWoPm<A
<appSettings> %>WbmpIyc
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> e9^2,:wLB
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 1P]de'-`j
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> )2Hff.
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> nd{R
9B
</appSettings> 8z<r.joxC
DXQi-+?
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: >J=<bhR
private void InitMediaType() (X6sSO
{ ~JuKV&&}K
cbbMediaType.Items.Clear(); .1 QgK
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 3|rn] yZ
{ p8+/\Ee]B
cbbMediaType.Item.Add(key); ~"!a9GZ
} @-#T5?
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; O4No0xeWo
} |c2v%'J2G
8@M'[jT
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: N8!TZ~1$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S^f:`9ab9
{
df=zF.5
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @("}]/O
V:
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); R:aYL~
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ^+R:MBK
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l#@&~f[
factoryDllName).Unwrap(); p8, 0lo
IMedia media = factory.CreateMedia(); n+D#k 8{
media.Play(); qUf)j\7"Fn
} =f:(r'm?r.
ACV ek
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。 ~]8p_;\
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: ^ft]b2i
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 l[/q%Ca'>
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!