面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) rQl9SUs
4^r6RS@z
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。 {_b2!!p
一、传统过程化设计思想 MH#Tp#RG
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: Y/J~M$9P,
public class MediaPlayer cD]H~D}M
{ DY#195H
private void PlayMp3() w4P;Z-Cd
{ I8! .n
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); GZi`jp
} gM&O dT+i
<n,QSy#
private void PlayWav() c1E{J<pZ
{ Yeg<MrS4D
MessageBox.Show("Play the wav file."); J.R])
&CB
} MB;rxUbhe3
B>1,I'/$.
public void Play(string audioType) (W#CDw<ja
{ $e+4Kt
,
switch (audioType.ToLower()) uD(C jHM>
{ .nZKy't
case ("mp3"): 0UJ6>Rj
PlayMp3(); yf&_l^!
break; f?:=@35
case ("wav"): S!PG7hK2
PlayWav(); v@]SddP,?
break; Z-lhJ<0/Pa
} kcUn GiP
} k.b=EX|
} 9ye!kYF,
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 \FfqIc9;
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 qv(3qY
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! d-b<_k{p
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 :@)R@. -
二、面向对象设计思想 2 T} >9X
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ~D@ YLW1z(
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: "8%$,rG1&
public class MP3 Zj -#"Gm
{ adu6`2*$
public void Play() gs!'*U)
{ oUn+tu:
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); w2xD1oK~o
} 5wW5
n5YS
} +%j27~R>D
/ fUdb=!Z
public class WAV 3|!3R'g/ >
{ EC5= 2w<
public void Play() XY{N"S8
{ e|:\Ps `8
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]d[e
} lusUmFm'*
} Pk;/4jt4
E} ]=<8V
Public class MediaPlayer #/ePpSyD
{ c*B< -
l<5
switch (audioType.ToLower()) EVLL,x.~:z
{ w0;4O)H$O
case ("mp3"): 7[P-;8)tq
MP3 m = new MP3(); N
{{MMIq
m.Play(); 0^tY|(b3/M
break; E`.hM}h
case ("wav"): bvJ@H
Z$
WAV w = new WAV(); XYR
q"{Id
w.Play(); zWU]4;,"
break; |pS]zD
} EpO2%|@
} @5wc 3y
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。 FRR05%K
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) u=Ik&^v
Wq
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。 ,\iXZ5"R
public class AudioMedia )#z{P[X^
{ 7b08Lo7b
public void Play() ZHjL8Iq
{ ,9d]-CuP;
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *Sdx:G~gp
} 9,~7,Py }
} }wRm ~
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)。 @gbW:
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: IV!`~\@
public abstract class AudioMedia a9;KS>~bq
{ OQfFS+6
public abstract void Play(); hFm^Fy[R
} ~C^:SND7
#<==7X#
public class MP3:AudioMedia \,Ws=9f
{ O$r/{{I.
public override void Play() n=4
{ RtR@wZ2\s
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); o}G`t
Bz
} niCK(&z
} 2DPv7\fW
'ux!:b"
public class WAV:AudioMedia `1P|<VbZ
{ $%cHplQz5
public override void Play() i,^3aZwJ'
{ 6\I^]\YO
MessageBox.Show("Play the wav file.");
$adZ|Q\
} tqpO3
} @Q,Q"c2
O!nS3%De
public class MediaPlayer `XH0S`B
{ Z" ;q w
//根据需要完成任务的单向分派 G3:!]}
public void Play(AudioMedia media) OFtf)cGE
{ '4{=x]K
media.Play(); aOd#f:{y
} <-?C\c~G@
} iii|;v]+
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Z5(9=8hB/
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ;6``t+]q
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: Z6${nUX
public abstract class VideoMedia kd !?N
{ @kh<b<a4
public abstract void Play(); L~t<
0\r
} hZHM5J~
-_Z 4)"k
public class RM:VideoMedia DqQp47kp
{ _rB,N#{2R=
public override void Play() -->0e{y
{ CnL=s6XD'
MessageBox.Show("Play the rm file."); H}kSXKO8!8
} MuOKauYa
} 3%?tUt
}~+,x#
public class MPEG:VideoMedia #at`7#K@
{ T 'c39
public override void Play() 4zS0kk;+
{ =[]6NjKS,
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ciODTq?
} 3E*m.jX
} [s[ZOi!;I
e^\e;>Dh>
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。 Gqd|F>
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: (&eF E ;c
t}_ #N'`
public interface IMedia Godrz*"
{ =W3
K6w
void Play(); rWL;pM<
} MBg[hu%
!5lV#w!vb
public abstract class AudioMedia:IMedia an"~n`g
{ NCkI[d]B@
public abstract void Play(); ISNL='%
} wxvi)|)
FiiDmhu
public abstract class VideoMedia:IMedia I)'bf/6?
{ ujxr/8mjV
public abstract void Play(); -&Xv,:'?
} IyHbl_P ^
m4@NW*G{
这样再更改MediaPlayer类的代码: -:ucp2
public class MediaPlayer $!>.h*np
{ !-7n69:G
public void Play(IMedia media) "QdK
Md
{ 0i_:J
media.Play(); klJ21j0Bb2
} ;B=aK"\
} ia'z9
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Q"qI'*Kgt
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。 viAAb
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。 yV8J-YdsG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) vO1; ;
{ 6`CRT TJ7
IMedia media = null; EWD^=VITL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _F%`7j
{ 4c<
s"2F
case ("mp3"): #3qeRl
media = new MP3(); nFn!6,>E
break; z;S-Q,
//其它类型略; 3>1^$0iq
case ("rm"): Y/.C+wW2
media = new RM(); p?Azn>qBa
break; lNL=Yu2p_
//其它类型略; xW`y7Q }p
} 2;
^ME\
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Vbl-Ff
player.Play(media); 1'<C-[1
}
Bx#i?=*W
4MS<t FH)
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 C")genMH
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Kb?{^\FiU
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ~'_cBJ
'XD
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ;yJ:W8U]+;
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: o]oiJvOr
public interface IMediaFactory &+2l#3}
{ ,_3hbT8Q
IMedia CreateMedia(); _Ub
`\ytx
} !e|\1v'0
!B3TLeh
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: R (~wSL*R>
public class MP3Factory:IMediaFactory R
p&J!hlA
{ U7s$';y"%
public IMedia CreateMedia() O{X~,Em=q
{ W r/-{Wt
return new MP3(); Tzex\]fw
} -)}s{[]d6m
} sE"s!s/
//其它工厂略; :k/Xt$`
2 kDsIEA
public class RMFactory:IMediaFactory HK!ecQ^+
{ 6$r\p2pi0
public IMedia CreateMedia() )]1hN;Nz
{ 6CBk=)qH
return new RM(); dDPQDIx
} +&
r!%j7
} OjUPvR2 0
//其它工厂略; `t U
Z4VFfGCTL
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。 \~5|~|9<
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: q7X]kr*qx
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) OH\^j1x9I
{ Q7865
IMediaFactory factory = null; .Fn|Okn^gr
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hk~/W}sI
{ W" 5nS =d%
//音频媒体 $,4h\>1WP
case ("mp3"): WkTJ M
factory = new MP3Factory(); NHGTV$T`1
break;
zU?O)w1'
//视频媒体 /}? 7Eni
case ("rm"): !__0Vk[s
factory = new RMFactory(); [%P#ieD4
break; CZ5\Et6r
//其他类型略; #V!a<w4_
} KrE'M
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ntW@Fm:bw>
player.Play(factory.CreateMedia()); 9|+6@6VY!
} mOE *[S)
s\-,RQ1
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。 .9jKD*U|
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: z]G|)16
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) s*izhjjX
{ 0*$w(*
IMediaFactory factory = null; ?%s>a8w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) x}] 56f
{ LIZB!S@V \
case ("mp3"): 3 t,_{9
factory = new MP3Factory(); ix3LB!k<
break; Zl9@E;|=
//其他类型略; L)sgW(@2
case ("rm"): '.mepxf< f
factory = new RMFactory(); YT\@fgBt
break; rJ!cma
//其他类型略; |YJ83nSO~
} 1 R5pf
IMedia media = factory.CreateMedia(); z5>I9R^q;
media.Play(); fvkcJwkc
} qlO}=b/
*M.xVUPr
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。 6\4-I^=B
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。 1+x"
5<(W
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。 S#/%#k103
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: G7 %bY
nr!N%Hi
<appSettings> c3vb~l)
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 6%v9o?:~l
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> #.Rn6|V/4
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> [{x}# oRSE
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> $]v}X},,
</appSettings> @A/k"Ax{r
,lyW'<~gA
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: yeo&Qz2vU
private void InitMediaType() %q {q.(M#
{ G.W !
cbbMediaType.Items.Clear(); 4.RQ3SoDa
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) zKJ2~=
{ .|UQ)J?s
cbbMediaType.Item.Add(key); {Cx5m
} ,^(]zZh
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; @AsJnf$y
} jwZ,_CK
{Mx(|)WkL
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 8K 3dwoT
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M([#Py9h
{ kxn&f(5
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [M?2axOC
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); p9(y b
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 4fEDg{T
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, }cKB)N
BJb
factoryDllName).Unwrap(); \o9 \ikR
IMedia media = factory.CreateMedia(); )9QtnM
media.Play(); \;LDE`Q_x
} L4#pMc
c'2d+*[
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。 \8`?ir
q"
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: {$*N1$(%
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 v9*m0|T0M
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!