面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) .J|"bs9
8c'E
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。 ^S`c-N
一、传统过程化设计思想 qUp DmH
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: =
P{]3K
public class MediaPlayer R:DW>LB
{ j6)@kW9x
private void PlayMp3() V0
OT _F
{ jvos)$;L-
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 9Fxz9_ i
} Rs%6O|u7
Wj.
_{
private void PlayWav() ~x}=lK N
{ T\Q)"GB
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8/E?3a_g-
} xo_Es?
E%+1^
L
public void Play(string audioType) l4Y}<j\;
{ =zW.~(c{
switch (audioType.ToLower()) niN$!k+Jr
{ )Ikx0vDFQ
case ("mp3"): =2[cpF]
PlayMp3(); >U$,/_uMNW
break; F D6>[W
case ("wav"): r&ex<(I{
PlayWav(); "%Eyb\V!
break; v0} .!u>Ww
} r@(hRl1k'
} #|
Et9
} bKH8/*Yk
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 cB7=4:U
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 GP/3r[MH
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 7nHlDPps)
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 "V cG3.
二、面向对象设计思想 5lC "10
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! GVp2|\-L
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: t=ry\h{Pc
public class MP3 < F Cr
L
{ Mzx y'UV
public void Play() X/nb7_M
{ m:~s6c6H
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); iwfv t^
} b-+iL
} KdOy3O_5N
q-}J0vu\K
public class WAV ef!V EtEOv
{ BY$%gIB6>
public void Play() ,Tyh._sa
{ ~Hs a6F&F
MessageBox.Show("Play the wav file."); dDy9yw%f?
} _,;c2
} w_I}FPT<(:
Aj4i}pT
Public class MediaPlayer &`63"^y
{ X Jy]d/
switch (audioType.ToLower()) _A\c 6#
{ (byFr9z
case ("mp3"): NPEs0|
MP3 m = new MP3(); vV|u+v{
m.Play(); sT3O_20{
break; h7
>
case ("wav"): "Gxf[6B
WAV w = new WAV(); q $s0zqV5
w.Play(); gKS0!U
break; lG;sDR|)(
} nMXSpX>!|
} =2{ ^qvP
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 D{/GjFO
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) C(_xqn
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 u*&wMR>Crf
public class AudioMedia W!z=AL{
{ f?_H02j`/E
public void Play() 810u+%fu
{ t1.5hsp
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); NQ%lwE~
} qMz0R\4
} z&d&Ky
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 V4Ql6vg_f
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: H5=-b@(
public abstract class AudioMedia (Y!@,rKd
{ a3037~X
public abstract void Play(); #f~#38_
} Uw][ U
vh+IhGi
public class MP3:AudioMedia T.aY{Y
{ 5>JrTO5
public override void Play() dHzo_VV
{ t8 #&bUX
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X'WbS
} !B(6
} m4|9p{E
&B7X LO[
public class WAV:AudioMedia uQ{ &x6.1
{ 0\Qqv7>
public override void Play() hn-9l1~!h
{
!5Kv9P79
MessageBox.Show("Play the wav file."); pl V]hu27K
} .QzHHW4&0
} *9((b;Ju
RpR;1ktF>
public class MediaPlayer QkwBw^'_5
{ ED @9,W0
//根据需要完成任务的单向分派 Dw?nf
public void Play(AudioMedia media) =ex71qj)
{ NS;,(v{*N
media.Play(); 4lE
j/#}
} /e6\F7
} X61]N^y
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 %X
O97
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 .T/\5_Bx
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: !,PG!Gnl
public abstract class VideoMedia s7iguFQ
{ 0S;H`w_S
public abstract void Play(); INE8@}e
} ?x"<0k1g
Id(L}i(X
public class RM:VideoMedia {d(@o!;Fi
{ NI\jGR.
public override void Play() 6fQNF22E
{ mHUQtGAVQ
MessageBox.Show("Play the rm file."); Je[wGF:%:$
} kf>oZ*/
} 6+e@)[l.zc
E=3<F_3W
public class MPEG:VideoMedia YUat}-S
{ ne4hR]:
public override void Play() G@ XKE17
{ _K3?0<=4
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); NSUw7hnWvz
} xg k~y,F
} lphQZ{8
=U!M,zw4
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。 \IbGNV`q
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: g>A*kY
(2Z-NVU#
public interface IMedia |vw0:\/H
{ Dx/BxqG6}_
void Play(); (\>3FwFHW|
} (V)nHF*<>
/\hybx'
public abstract class AudioMedia:IMedia r*fZS$e
{ kqYWa`eE
public abstract void Play(); BYFvf(>
} >uN{co hs
[nB[]j<R*
public abstract class VideoMedia:IMedia ^+^#KC8]W
{ O{uc
h
public abstract void Play(); !jGe_xB}~
} ,&rlt+wE
;"$Wfy
这样再更改MediaPlayer类的代码: 0qqk:h
public class MediaPlayer UR44
iA]
{ Ds?
@LE|
public void Play(IMedia media) }9<pLk
{ ~tWIVj{
media.Play(); h5e(Avk
} 4!64S5(7t
} lM~ 3yBy
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 OaY.T
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。 P3UU~w+s
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。 f^b.~jXSR}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _]@
{ NKd}g
IMedia media = null; I !=ew |
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) X?&(i
s
{ zgXg-cr
case ("mp3"): (`\ DDJ[
media = new MP3(); ~v"4;A6
break; mD<- <]SYp
//其它类型略; T^> ST
case ("rm"): >7i&(6L
media = new RM(); $(/=Wn
break; <fg~+{PA&
//其它类型略; L&ucTc=
} 7ESSx"^B
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); F_.rLgGY
player.Play(media); CT,P Q
} r#r L~Rsd}
A[:0?Ez=
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Ut.%=o;&[
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。 m/@ ;N,K
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。 !Hq$7j_
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 4zyN>f|
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: OGW,[k=2{
public interface IMediaFactory uF,F<%d
{ "159Q
IMedia CreateMedia(); |LhVANz
} #t
N9#w[K{
@oE^(
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: D1hy:KkAv]
public class MP3Factory:IMediaFactory g27 iE
{ )#S;H$@$
public IMedia CreateMedia() q@k/"ee*?
{ }z%fQbw
return new MP3(); mq
0 d ea
} K!W7a~
@
} czNi)4x
//其它工厂略; \#Md3!MG
:%G_<VAo!
public class RMFactory:IMediaFactory o;#:%
{ 3v\69s
public IMedia CreateMedia() dRj2%Q f
{ : EA-L
return new RM(); kjAARW
} &:Q^j:
} t5O '7x
//其它工厂略; ?APzb4f^W
FZL"[3
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。 Gak@Z!|
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: X83,fCCl5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3dO~Na`S
{ |5il5UP
IMediaFactory factory = null; +;r1AR1)x
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6%yt"XmT
{ 7R5m|h`M
//音频媒体 5@QJ+@j|
case ("mp3"): _[)f<`!g_V
factory = new MP3Factory(); z)tULnR8
break; +O$`8a)m
//视频媒体 arK(dg~S
case ("rm"): 3Z0ez?p+5
factory = new RMFactory();
4,g_$)
break;
RE._Ov>
//其他类型略; z
}3 `9
} t@X{qm:%Z
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 8'WoG]E_
player.Play(factory.CreateMedia()); r:{;HM+
} oYx4+xH/
<C1w?d$9I
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 edai2O
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: G VT|
fE
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) uNKf!\Y
{ J497
>w[
IMediaFactory factory = null; %-?k [DL6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^%5;Sc1V
{ oU l0w~Xn
case ("mp3"): tt4Z
factory = new MP3Factory(); %Ev)Hk
break; g)!d03Qoy
//其他类型略; 8|JPQDS7
case ("rm"): 8I8{xt4
factory = new RMFactory(); V36u%zdX5n
break; [_T6
//其他类型略; i/{dD"HwM
} h 8<s(WR
IMedia media = factory.CreateMedia(); P*|qbY
media.Play(); h
?_@nQ!
} xiv8q/
sA~Ijg"6
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 D`'h8:\
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 .(^%M
2:6
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 :3N6Ej
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: V~#8lu7;
Tuz~T
_M
<appSettings> ]qb>O:T
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ajCe&+
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !L[$t~z
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 8B?*?,n5
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> B#]:1:Qn
</appSettings> we0haK
c( _R
xLJ
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: :W.pD:/=v
private void InitMediaType() uK%0,!q
{ ?%cZO"
cbbMediaType.Items.Clear(); _TwEym.V
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) &8;Fi2}(L
{ /z
m+
cbbMediaType.Item.Add(key); g-pEt#
} h e=A%s
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; !_q=r[D\
} &E]<KbVx
r}:Dg
fn
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: %0p9\I
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) B.A;1VE5
{ Ip<