面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) !qT.D:!@zF
v]c1|?9p'
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。 A:>G: X5t
一、传统过程化设计思想 LDO@$jg
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: wC;N*0Th
public class MediaPlayer R:zjEhH)
{ oW3|b2D
private void PlayMp3() 2#R8}\
{ Rk!8eN Pf
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rY295Q
} a LJ
d1Q
<jG[
z69)
private void PlayWav() CvRO'
{ [wn!
<#~v
MessageBox.Show("Play the wav file."); a V#phP
} <KFl4A~
.1jeD.l
public void Play(string audioType) ^J)0i_RS
{ GrI<w.9X
switch (audioType.ToLower()) gl 27&'?E*
{ xc,Wm/[
case ("mp3"): C/MQY:X4
PlayMp3(); W~/{ct$Y
break; .+&M,%
x
case ("wav"): sBLOrbo
PlayWav(); 1u~a*lO}
break; ^9 ^DA!'
} Y|E rVf4
} /6:qmh2
} RO[6PlrRN
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。 BT"n;L?[
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。 U\-=|gQ'
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! PQP|V>g
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。 395`Wkv
二、面向对象设计思想 [F
24xC+
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! wK0],,RN,h
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: >Q:h0b_$U
public class MP3 q^h/64F
{ sQn@:Gk
public void Play() _pxurq{
{ J~AmRo0!k
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); onl,R{,`0
} 5,?^SK|'x
} "(Nt9K%P)
~~q>]4>
public class WAV o{3>n"\w3
{ L;v.X'f
public void Play() %DM0Z8P$B-
{ )FN$Jlo
MessageBox.Show("Play the wav file."); a\}`
f=T
} gv1y%(`|n(
} }=|plz}
Y|buQQ|
Public class MediaPlayer +'wO:E1( w
{ R{pF IyR
switch (audioType.ToLower()) Z1.v%"/(
{ T3@34}*
case ("mp3"): Nh\o39=
MP3 m = new MP3(); #7@p
m.Play(); BZ(I]:oDL
break; b@O{e QB
case ("wav"): tG~[E,/`
WAV w = new WAV(); 6[?5hmc"w
w.Play(); [&kz4_
break; ';v1AX}5q
} Jhfw$ DF
} uW2 q\
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。 >`p?
CE
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) r AE5.Q!u
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。 0o:R:*
public class AudioMedia %m+7$iD
{ wB&5q!{!
public void Play() RhC|x,E
{ $Ggnn#
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); >GLoeCRNu
} Z{gm4YV
} k SgE_W)
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)。 #jd.i
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: O<E8,MCA[a
public abstract class AudioMedia Dt{WRe\#
{ K)5j
public abstract void Play(); $HtGB]
} R_\o`v5
[P6m8%Y|s
public class MP3:AudioMedia m)3M) 8t
{ crN*eFeW
public override void Play() WA0D#yuJ/
{ [YZgQ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *,IK4F6>:
} 3+(lKd
} HUAYtUBH
)W InPW
public class WAV:AudioMedia lcy<taNu)
{ vB}c6A4'U
public override void Play() A^#\=ZBg1
{ O6vxp?:^
MessageBox.Show("Play the wav file."); 3W]gn8
} .g1x$cQ1<
} a(=lQ(v/?
1U/RMN3`
public class MediaPlayer |xg_z&dX
{ 'O\ y7"a
//根据需要完成任务的单向分派 gPb.%^p
public void Play(AudioMedia media) jT}={[9b
{ )Jdku}Pf
media.Play(); w;j<$<4=7
} _> x}MW+
} T&+3Xi:
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)。 2QM{e!9
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。 s\pukpf@
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: ?|+e*{4k
public abstract class VideoMedia h`dQOH#
{ ;Q^>F6+_m
public abstract void Play(); y_}vVHT,
} s1[&WDedM
jC4>%!{m
public class RM:VideoMedia 2xf lRks
{ M\a{2f7'n
public override void Play() X% j`rQk`
{ \Ta5c31S+
MessageBox.Show("Play the rm file."); 1n +Uv*
} ?d^6ynzn
} yn_f%^!G
$!MP0f\q
g
public class MPEG:VideoMedia ,;Wm>V)o
{ ^4+NPk
public override void Play() D
5n\h5
{ j1%8r*Jj
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 'z
AvQm
} G)%V 3h
} ix2i.wdD
%UrNPk
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。 S.~L[iLc
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: #e-K It
uX3yq<lK"
public interface IMedia {)l Zfj}l
{ 4KtD
k
void Play(); DxNob-Fr
} e<[0H 8
, %%}d9
public abstract class AudioMedia:IMedia F_&bE@k
{ !@vM@Z"
public abstract void Play(); s55t>t,g6
} 8x9$6HO
uepL"%.@7|
public abstract class VideoMedia:IMedia Lb}
cjI:
{
?Ok@1
public abstract void Play(); @*rED6zH
} Lc:DJA
eX@7f!uz
这样再更改MediaPlayer类的代码: @ dF]X
public class MediaPlayer /P3s.-sL
{ /K@{(=n
public void Play(IMedia media) p/f!\
{ Y?>us
media.Play(); k;9"L90
} P.;S6i
n
} +$x;FT&
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 4/Bn9F
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。 :9Vd=M6,
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。 0piBK=tE/
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) KZxA\,Y'5
{ yw(E}
IMedia media = null; b88Zk*
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) AIXvS*Y,
{ N3`W%ws`~
case ("mp3"): r4D6I,
media = new MP3(); *KXg;777
break; ]U,K]y[Bj
//其它类型略; (cj3[qq
case ("rm"): P;dp>jL
media = new RM(); ;\$P;-VY
break; Q:x:k+O-
//其它类型略; vsM] <t
} IHg)xZ
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); iZy`5
player.Play(media); 2z\4?HJy
} N&0MA
IFX|"3[$
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 F)0I7+lP
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。 Rro{A+[,X
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。 Jb~ -)n2
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。 a*pZcv<
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: K+` Vn
public interface IMediaFactory t|X |67W
{ @HfWAFT
IMedia CreateMedia(); {tE/Jv $
} -%=StWdb
a .5s5g)8
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: 8i;N|:WdH
public class MP3Factory:IMediaFactory gKZ{ O
{ wE75HE`gW
public IMedia CreateMedia() c4LBlLv4
{ /S;o2\
return new MP3(); QD:0iD?
} 2`* %NJ
} ~zz |U!TG
//其它工厂略; %uGA+ \b
LIH>IpamN
public class RMFactory:IMediaFactory Q;P ~'
{ (nrrzOax
public IMedia CreateMedia() $Yz &x%Lb
{ e>t9\vN#bx
return new RM(); 'w%N(N tq
} yj$S?B Ee
} q
rbF@{
//其它工厂略; +&\TdvNI4
A!k}
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。 ^@L[0Z`
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: ]@J}f}Mjo
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gE=~.P[ZX
{ !E_uQ?/w]Z
IMediaFactory factory = null; +$>ut
r
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
Q]xW}5
/
{ 6sy%KO*A
//音频媒体 _ga!TQ:
case ("mp3"): TiBE9
factory = new MP3Factory(); >KY\Bx
break; \N#)e1.0P
//视频媒体 :=L[kzX
case ("rm"): ^y6Pkb
P
factory = new RMFactory(); rF0zGNH
break; 3}:pD]`h
//其他类型略; _z4rx
} /1li^</|p`
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }2c}y7B,_
player.Play(factory.CreateMedia()); {t/!a0\HS
} RO.(k!J .
.;KupQ;*
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。 |I\A0a a
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: Mqh~ 5NM
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 8]?1gDS|9O
{ ^LU[{HZV
IMediaFactory factory = null; Gm2rjpZeq
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) J#x91Jh
{ @J<B^_+Se
case ("mp3"): [d&Faa[`
factory = new MP3Factory(); &yA<R::o
break; ewY[vbF
//其他类型略; pWx3l5)R
case ("rm"): =hs@W)-O
factory = new RMFactory(); ?*s!&-KI
break; zBs7]z!eP
//其他类型略; nIi_4=Z
} \QMSka>
IMedia media = factory.CreateMedia(); tJu<#hX
media.Play(); ppnj.tLz;r
} Np-D:G
$Tur"_`I;
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 #]
GM#.
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 (;j7{(
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 hrL<jcv|
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: xqtjtH9X
kxmS
<appSettings> YQ)m?=+J
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ~JNuy"8
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> O+8`.
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
YiCDV(prT
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 1%@~J\qF
</appSettings> J9 =gv0
z )pV$
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: J7_H.RPa
private void InitMediaType()
flB,_
{ =jEh#
cbbMediaType.Items.Clear(); =[ZuE0c
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ]>T4\?aC
{ >0c4C<_
cbbMediaType.Item.Add(key); 9vL n#_
} .z6"(?~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Bsc
} bw[s<z|LKA
xsN)a!
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: >3SZD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `{v!|.d<
{ r2 .f8U
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @b@# o
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); nMT"Rp
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; lXnzomU
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, .W*" C
factoryDllName).Unwrap(); e{RhMjX<D
IMedia media = factory.CreateMedia(); nP5T*-~
media.Play(); %K/zVYGm&
} ^Ee"w7XjD
At$[&%}
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 Mv%"aFC
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: zho$g9*
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 )Bo]+\2
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!