面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) rOs)B 21/
8 h55$j
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 y.L|rRe@P
一、传统过程化设计思想 Wh#os,U$
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: ,| $|kO/
public class MediaPlayer U/}AiCdj@
{ Pc/.*kOT
private void PlayMp3() dw|-=~
{ DMy4"2
o
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); qpluk!
}
\r:m({G
,{#RrF e
private void PlayWav() ,ivWVsN*]
{ t't^E,E
.@
MessageBox.Show("Play the wav file."); v'mJ~tz
} ZE5-i@1
2<`gs(oxXe
public void Play(string audioType) |6\FI?
{ 8Cf^$
switch (audioType.ToLower()) @h ,h=X
{ ^(E"3 c
case ("mp3"): EKeBTb
PlayMp3(); 3 C E 39W
break; sa\|"IkD2
case ("wav"): Enq6K1@%G
PlayWav(); n_e}>1_
break; ,U} 5
} 'lQ
} 3j[w
-Lfp
} HYa$EE2
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 hlABu)B'1
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 _47j9m]f
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! r"HbrQn
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 X^?|Sz<^E
二、面向对象设计思想 7]<F>97
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! vV$hGS(f~
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: p*(U*8Q
public class MP3 nN(D7wk
{ 6!gtve_
public void Play() -Z[R S{#+T
{ x"zjN'|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Z7mGC`>
} .(gT+5[
} USHlb#*
`\WcF7
public class WAV e0G}$
as
{ FVvv
public void Play() 'p|Iwtjn>
{ oF 1W}DtA
MessageBox.Show("Play the wav file."); mE3SiR "
} O>tC]sm%
} {GG~E54&B
0C"PC:h5
Public class MediaPlayer 7Y_fF1-wY
{ m=("N
switch (audioType.ToLower()) YokZar2a0
{ HL}sqcp
case ("mp3"): o[Wagg.%
MP3 m = new MP3(); G{&yzHAuae
m.Play(); O=!)})YG
break; c"QkE*
case ("wav"): Bp=oTCG
WAV w = new WAV(); priT7!
w.Play(); e$FAhwpon
break; n'0$>Q
} 5pKvNLy.t
} oZ\qT0*eb
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。 kL2Zr
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) '!r+Tz
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。 `lV
public class AudioMedia 9FIe W[
{ jU3;jm.)
public void Play() f>"!-3
{ c],frhmyd
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); I!soV0VU]
} b[&,%Sm+6
} BC$;b>IUA
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 08d_DCR
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: "`$'tk[
public abstract class AudioMedia 9wYtOQ{g
{ NP<F==,
public abstract void Play(); zvK5Zxl
} fEv<W
+ia(%[
public class MP3:AudioMedia n.)[MC}
{ )68fm\t(
public override void Play() ou,=MpXx*
{ 8y4D9_{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #pm-nU%|_j
} *?R\[59
} !=h|&Vta
mrLx]og,
public class WAV:AudioMedia 057G;u/
{
8.;';[
public override void Play() lu@>?,<
{ SJ WP8+
MessageBox.Show("Play the wav file."); M~{P',l*
} s2kZZP8-
} ]zwqG A
#()cG
public class MediaPlayer k1$2a8ja
{ |q.:hWYFpM
//根据需要完成任务的单向分派 2dd:5L,
public void Play(AudioMedia media) G=bP<XF
{ 8HRPJSO~g
media.Play(); pJ*#aH[ySP
} Mn }Z9S[
} ("JV:u.L+
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 1J{z}yPHc
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 U)I `:J+A
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: w#G=Z_Tt
public abstract class VideoMedia _AFt6\
{ eDM0417O(
public abstract void Play(); !qw=I(
} ~q_+;W.
@y\{<X.F\1
public class RM:VideoMedia h@m n
GE
{ }fZ=T4r
public override void Play() moJT8tb
{ 3!oQmG_T
MessageBox.Show("Play the rm file."); #G ,
*j
} J"2ODB5"
} 1={Tcq\]
Y1E>T-Ma
public class MPEG:VideoMedia }jY[| >z
{ cVHE}0Xd(
public override void Play() %}ApO{
{ EAd:`X,Y
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); /E4 }d=5L
} };|PFWs
} 5 *pN<S
^B!?;\4IM
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。 C8W`Oly:]
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: 5fx,rtY2sQ
> v!c\
public interface IMedia n\"LN3
{ 6[2?m*BsN
void Play(); Y\z\{JW
} cV_IG}LJ
S.F=$z.%
public abstract class AudioMedia:IMedia (jE:Q2"
{ 5f*'wA
public abstract void Play(); yDyeP{
} lQ<n
dt~
Qhr]eu;z
public abstract class VideoMedia:IMedia ?^$4)Y>Kf
{ ^.1VhTB
public abstract void Play(); BfE-s<
} >'TD?@sr
4d._Hd='
这样再更改MediaPlayer类的代码: 6u, 0y$3
public class MediaPlayer ~B*\k^t`
{ vwH7/+
public void Play(IMedia media) .q9|XDqQc
{ oJJk
media.Play(); ]vkHU6d
} /e?ux ~f|
} HJ1\FO9\
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 KJ^GUqVl
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 'kg]|"M
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 S}[:;p?F`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Nx (pJp{S
{ gL}Y5U+s
IMedia media = null; l
75{JxZX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) OUk5c$M(
{ IZv, Wo
case ("mp3"): 5F sj_wFk
media = new MP3(); yqb<<4I
break; :+^$?[6]
//其它类型略; `L*;58MA
case ("rm"): PW//8lsR
media = new RM(); iN4'jD^oP
break; Qp{-!*
//其它类型略; I+d(r"N1
} 3pv1L~ ZI
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L8tLW09
player.Play(media); r\ Yur
} wY_-
G{Enh<V
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 c2mt<DtWW
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。 Ru')X{]25
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。 )zt4'b\)v
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。 <$6'Mzf
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: {BCjVmY
public interface IMediaFactory j"sO<Q{6%
{ J9=0?^v-:B
IMedia CreateMedia(); JIKxY$GS
} EM
w(%}8w
Ahbu >LPk
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: J+NK+,_*M
public class MP3Factory:IMediaFactory Ry S{@=si
{ \Y[)bo6s
public IMedia CreateMedia() 5t#]lg[06'
{ GXlg%
return new MP3(); /P"\+Qp
} Ib8{+j
} khIa9Nm
//其它工厂略; &FF. Ddt{
PQ"%Z.F"
public class RMFactory:IMediaFactory OwIy(ukTI
{ N~J Eia%
public IMedia CreateMedia() 8si^HEQ8
{ ,wo"(E!4e
return new RM(); rPpAg
} d@f2Vxe7
} vGHYB1=~
//其它工厂略; T>%ny\?tHW
bCe-0!Q
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。 T`ZJ=gv
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: 'R'a/ZR`B7
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9:w,@Phe
{ -86:PL(I"
IMediaFactory factory = null; "I FGW4FnL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) $cU/Im`
{ 9ufs6z
//音频媒体 AHD%6 \$
case ("mp3"): W*`6ero
factory = new MP3Factory(); pDq_nx9
break; &E`Z_}~
//视频媒体 "$pgmf2
case ("rm"): azc:C
factory = new RMFactory(); Y mjS!H
break; Bic {
H
//其他类型略; $QBUnLOek&
} <u wCP4E
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); n1(X%%2
player.Play(factory.CreateMedia()); " z'!il#
} 4H)"d
_N';`wjDY
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。 xG/qDc
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: t3g!5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) i4rF~'h@
{ lB~'7r`
IMediaFactory factory = null; $i>VI
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) oa !P]r
{ G@!9)v]9
case ("mp3"): 1^^D :tt
factory = new MP3Factory(); Q 9<_:3
break; >D62l*V C)
//其他类型略; r!,V_a4n
case ("rm"): f.^w/ GJO/
factory = new RMFactory(); @2*6+w_Ae
break; Kp8T;&<Iay
//其他类型略; s2=X>,kz?
} &ru0i@?)
IMedia media = factory.CreateMedia(); 695ppiKU
media.Play(); !T. @
} vGT.(:\-,
}*R6p?L5
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 7"i*J6y*
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 eJp-s" %
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 )1
j2
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: M6#(F7hB
~'=4K/39
<appSettings> p,Hk"DSs%
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> M[_I16s
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> |R/50axI
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> n$l]+[>
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> %([H*sLX
</appSettings> UdJV;T'rm
|h/2'zd^-
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: ,0~TvJS
private void InitMediaType() 6E]rxps}"
{ zAUfd[g
cbbMediaType.Items.Clear(); TeqsP1{?
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) eCd?.e0@j
{ D/UGN+
cbbMediaType.Item.Add(key); \"Iy<zG
} Dx'e+Bm
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; c iX2G
} 'v
X"l
1hi j4m$b
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: a"aV&t
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `,d7_#9'
{ G)7sXEe
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); q/?_djv
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); hGV/P94
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Q#KjX;No
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, }L9j`17
factoryDllName).Unwrap(); `Cxe`w4
IMedia media = factory.CreateMedia(); 0{F.DDiNT
media.Play(); ;xwQzu%M>5
} {H2i+"cF
( mlc']F
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。 UXHFti/A<
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: @1@WB]mQQ
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [=+/
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!