面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) G3^n_]Jb
b$$L]$q2
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。 6r-<XNv)0
一、传统过程化设计思想 zxynEdO
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: xVwi
}jtG|
public class MediaPlayer cvLcre% >A
{ &&QDEDszp
private void PlayMp3() hnfrnYH
{ ?6l,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 3vvFF]D5k
} $4ZDT]n
#\!hBL
@b
private void PlayWav() _QtQPK\+
{ s'fcAh,c6
MessageBox.Show("Play the wav file."); t9-\x
} Fy+7{=?^F
q}76aa0e
public void Play(string audioType) E )Zd{9A5)
{ uvK%d\d
switch (audioType.ToLower()) ]P ?#lO6
{ ;r@R (Squ
case ("mp3"): bUg 2Bm!y
PlayMp3(); +Muia5G
break; %;\2QI`R
case ("wav"): dQ2i{A"BKz
PlayWav(); 1wH/ #K
break; HU.6L'H*
} Ul~}@^m]4}
} Uc%`? +Q
} }?ac<> u&
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 M6 >\R$
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。 /-<m(72wF
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! n*8RYm)?
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。 Dm`U|<o
二、面向对象设计思想 %w|3:
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! ]V]@Zna@g
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: J;]@?(
public class MP3 NB6h/0*v
{ YI(OrR;V
public void Play() H f mMf^c
{ :@4>}k*
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 2W-NCE%K)T
} ^} pREe c=
} EpS8,[w
t;~`Lm@hY
public class WAV kGTc~p(
{ Vgb>3]SU
public void Play() X72X:"
{ -H]f@|AOw
MessageBox.Show("Play the wav file."); `\FjO"
} o5G "J"vxe
} s$y#Ufz
/v ;Kb|e
Public class MediaPlayer a0W\?
{ )cmLo0`$
switch (audioType.ToLower()) kp>Z /kt
{ 36Y[7m=
case ("mp3"): I z=w2\r
MP3 m = new MP3(); Xs,PT
m.Play(); F>-@LOqHy
break; s\1_-D5]Z
case ("wav"): .nY6[2am
WAV w = new WAV(); g4qdm{BL
w.Play(); xwp?2,<
break; WatLAn+
} 5nIlG
} qO3BQ]UF
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。 ^E?V+3mV
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 4 AmF^H
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。 jHw2Q8s|R
public class AudioMedia A-`J!xj#/
{ {EHG |
public void Play() =X'7V}Q}
{ w3cK:
C0
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); "}aM*(l+\
} |Ie`L("
} eu|q
{p
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)。 scEQDV
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: r{jD,x2
public abstract class AudioMedia !l~aRj-WZ
{ !OVEA^6
public abstract void Play(); kxf=%<l
} s^@Cq=
?Pw\&q
public class MP3:AudioMedia +\$|L+@Z
{ ,ST.pu8N.
public override void Play() M@@O50~
{ oi4Wxcj
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _Vf|F
} 'm? x2$u8
} 7Cp_41._
FAl 6
public class WAV:AudioMedia u9~J1s<e
{ y,
_3Ks
public override void Play() AFUl
{ R*fR?
MessageBox.Show("Play the wav file."); myX0<j3G5
} >^HTghgRD
} w:+#,,rwzV
Bzt`9lg
public class MediaPlayer E}j8p_p
{ zFQkUgb
//根据需要完成任务的单向分派 Y rnqi-P
public void Play(AudioMedia media) |^{" 2l"j
{ u(`A?H:
media.Play(); O!Cu.9}
} RteTz_z{
} |CqJ2
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 eH*b-H[
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 shvcc
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: *%BI*p
public abstract class VideoMedia ,w>?N\w!}
{ n{WJ.Y*
public abstract void Play(); %"fKZ
} z5'nS&x
U {!{5l:
public class RM:VideoMedia [&s:x,
{ ; O0rt1
public override void Play() -RDs{c`y%N
{ @&yj7-]
MessageBox.Show("Play the rm file."); ebK
wCZwK*
} agD.J)v\
} MCG~{#`
Q
kpmPQK
public class MPEG:VideoMedia HN@)/5BY
{ a/#,Y<kJ
public override void Play() UH|.@7w
{ [ i#Gqx>'w
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); }"k(kH
} 6\@, Lb
} DK%eFCo<~
|%;txD
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 X;>} ;LiK
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: =upP3rw
H;&t"Ql.
public interface IMedia .w)t<7 y
{ %;?3A#
void Play(); Z`t?kXDNoI
} 1=.kH[R
0E1)&f
public abstract class AudioMedia:IMedia +[9"M+4-
{ XLxr~Yo
public abstract void Play(); S,%HW87
} S`KCVQ>V
nJg2O@mRJ
public abstract class VideoMedia:IMedia rM |RGe
{ ^u,x~nPXg
public abstract void Play(); '|T=
} OG`Oi^2
0VPa;{i/
这样再更改MediaPlayer类的代码: KL`>mJo$
public class MediaPlayer v}D!
{ *?&O8SSBH
public void Play(IMedia media) V1;-5L75
{ 0n=E.qZ9c
media.Play(); WE]^w3n9
} yG4MqR)J
} k0?6.[ku
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 _"V0vV
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。 l si8?91
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。 *[n^6)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) a-y5 \x
{ `_i-BdW
IMedia media = null; P s;:g0
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) TKX# /
{ g2q=&eI"
case ("mp3"): =p6xc}N
media = new MP3(); (J*0/7
eX
break; cqp#1oM4M
//其它类型略; ] plC
case ("rm"): RoZV6U~
media = new RM(); JM%#L *;
break; +dv@N3GV
//其它类型略; {%Sww:
} ]"6<"1)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); gId+hxFa:r
player.Play(media); }Jfo(j
} }JsdgO&z
l!,{bOZ
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 *Rd&4XG
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。 ,L G&sa"
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。 swrd
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。 p3' +"sFU
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: &EOh}O<
public interface IMediaFactory Ui&$/%Z|
{ OLwxGRYX
IMedia CreateMedia(); %54![-@
} qT4s*kqr
4{KsCd)
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: %*nZ,r
public class MP3Factory:IMediaFactory y]_DW6W
{ p'*UM%@SIY
public IMedia CreateMedia() Sj?'T@
{ VUb*,/hxa
return new MP3(); ,+&j/0U
} rpmDr7G
} !w Bmf&=
//其它工厂略; .$iIr:Tc>
SH.'E Hd
public class RMFactory:IMediaFactory i}19$x.D`
{ 8Yh2K}
public IMedia CreateMedia() ($kwlj~c
{ JSU\Hh!
return new RM(); UsTPNQj
} uM8gfY)OI
} 9D,&)6
//其它工厂略; Qp,l>k
TfPx
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。 MR}\fw$(.
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: Kf.b
<wP{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 6X7_QBC)
{ (Wn'.|^%
IMediaFactory factory = null; V|)>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) XvdhPOMy
{ Gf?KpU
//音频媒体 z0sB*5VH
case ("mp3"): -)@.D>HsOt
factory = new MP3Factory(); 6D],275`J
break; ~a $%
a
//视频媒体 i*<,@*
case ("rm"): fVM%.`
factory = new RMFactory(); ?HY0@XILI
break; dQ[lXV[}v
//其他类型略; e9d~Xi16KY
} }W<L;yD
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mI# BQE`p6
player.Play(factory.CreateMedia()); B.?yHaMI[
} iJi|* P5dw
oa|0=
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 L*z;-,
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: hk
I$ow (
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |j,Mof
{ RC 48e._t
IMediaFactory factory = null; RjDFc:bB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) L2qF@!Yy=
{
-AX3Rnv^!
case ("mp3"): nTAsy0p]
factory = new MP3Factory(); 2Y+*vN s3
break; ZLkJYZk
//其他类型略; j{g {`Qa
case ("rm"): fh~&&f