面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) sZGj"_-Hzu
rgmF: C
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。 9o*,P,j'}
一、传统过程化设计思想 6(d }W2GP
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: Rp7ntI:
public class MediaPlayer rE9I>|tX
{ 5NoI~X=
private void PlayMp3() /zDi9W*~1
{ }v:jncp
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); %wcSM~w
} :+Om]#`Vls
:0& X^]\
private void PlayWav() k@ZLg9
{ 2_vbT!_
MessageBox.Show("Play the wav file."); B33$pUk
} ABE@n%|`
:G\<y
public void Play(string audioType) I$N8tn+E
{ t58e(dgi
switch (audioType.ToLower()) )9l^O
{ !l]dR@e
case ("mp3"): J:&[59
PlayMp3(); < -W*$?^
break; PxH72hBS
case ("wav"): D?XM,l+
PlayWav(); JRo?s~Ih
break; B#/Q'V
} ;4N;D
} >h0-;
} M9zfT!-
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 {pM?5"MMJ
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 hW!)w
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Z R/#V7Pj
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 3gd&i
二、面向对象设计思想 oy<WsbnS
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 8JmFi
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: rV08ad
public class MP3 M%jPH
{ Y"A/^]
public void Play() UfS%71l.$
{ ]?*I9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); B,,D7cQC
} _6ay-u
} RV@*c4KvO+
lz1wO5%h
public class WAV M1KqY: 9E
{ -D6exTxh"
public void Play() ZXm/A0)S
{ 4:g R r
MessageBox.Show("Play the wav file."); cM&{+el
} E[Cb|E
} EkziAON
jH_JmYd
Public class MediaPlayer BcI|:qv|
{ xyI}y(CN1
switch (audioType.ToLower()) /7gOSwY
{ As>_J=8} 3
case ("mp3"): c y8;@[#9
MP3 m = new MP3(); lRXK\xIP ,
m.Play(); zc[Si bT
break; LD!Q8"
case ("wav"): h:9Zt0,
WAV w = new WAV(); #8)*1?
w.Play(); ;Iq/l%vX
break; `r?7oxN
} K4kMM*D
} I_RsYw
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。 qgfi\/$6
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) o"*AtGR+"
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 812$`5l
public class AudioMedia t. ;LnrY
{ G;YrF)\
public void Play() r?/'!!4
{ F i0GknQ+
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); i-6Z"b{
} fk&8]tK4
} ^pUHKXihD
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)。 >p"c>V& 8
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: "s{5O>
public abstract class AudioMedia <u2 }i<#
{ NU0g07"
public abstract void Play(); *c2YRbU(
} <~WsD)=$
H-
$)3"K
public class MP3:AudioMedia x9JD\vZ
{ |j,"Pl}il^
public override void Play() =uS9JU^E
{ HPZ}*m'
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); DP|D\+YyYA
} ,k;^G><
=
} "yS _s
K57&yVX
public class WAV:AudioMedia n^g|Ja
{ yPal<c
public override void Play() 1]p ZrBh"E
{ JT!9\i
MessageBox.Show("Play the wav file."); I "A_b}~*}
} Eqj_m|@
} jWrj?DV,2N
o6uJyCO
public class MediaPlayer Hhcpp7cr'
{ V)[@98T_4?
//根据需要完成任务的单向分派 s*-n^o-
public void Play(AudioMedia media) QD0"rxZJ
{ q-}Fvel u
media.Play(); T[g[&K1Y
} <4HDZ{"M
} $}!p+$
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)。 @}}$zv6l,
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ,Y/ g2
4R
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: YTUZoW2
public abstract class VideoMedia iT2B'QI=<
{ ~T1XLu
public abstract void Play(); }&wUr>=
} "eB$k40-
tFp Ygff<
public class RM:VideoMedia
EK6:~
{ XovRg,
public override void Play() cj$[E]B3V*
{ a,k>Q`
MessageBox.Show("Play the rm file."); )b)-ZS7
} E2R&[Q"%
} MygfT[_
--$
4Q(#
public class MPEG:VideoMedia '"SEw
w
{ g/CSGIIT
public override void Play() n*[XR`r}
{ 9\_eK,*B
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); fF7bBE)L/|
} -?V-*jI
} Z2qW\E^_r
0i!uUF
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。 n"G&ENN"$
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: \Q0[?k
3@dL/x4A
public interface IMedia `6~Aoe
{ }$SavB#SBP
void Play(); WW4vn|0v
} .F
zzTfYf)
public abstract class AudioMedia:IMedia
e2s]{obf
{ HK,cJahq
public abstract void Play(); }wr{W:j
} g{OwuAC_
z> Rsi
public abstract class VideoMedia:IMedia j*so9M6|c
{ I*{4rDt
public abstract void Play(); 2Rw&C6("w
} ]zE;Tw.S
[^Os kJ4
这样再更改MediaPlayer类的代码: *W,]>v0%T
public class MediaPlayer .}t~'*D
{ ]O+Ma}dxz:
public void Play(IMedia media) uki#/GzaO
{ +ga k#M"n\
media.Play(); HHDl8lo
} DFZkh^PFd
} I`-8Air5f
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 5na~@-9p
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 Uc7mOa}4
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 S?1AFI9{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xST8|H
{ 5D\f8L
IMedia media = null; ?pr9f5
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) IUE~_7
{ j9eTCJqB
case ("mp3"): -+(jq>t
media = new MP3(); [#-b8Cu
break; Cn'(<bl
//其它类型略; +T|JK7
case ("rm"): [ey:e6,T9
media = new RM(); |'P]GK
break; SQBa;hvgM
//其它类型略; &]"
} ")O%86_Q:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [Y|8\Ph`&
player.Play(media); ~ELNyI11
} 2`7==?
UW N*j_9i
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 PDJr<E?
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 xHL( !PF
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 d"}k!
0m
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 -G}[AkmS
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: e@Fo^#ImDx
public interface IMediaFactory lD)%s!
{ Rp.Sj{<2
IMedia CreateMedia(); zL$@`Eh-KP
} *w^C"^*
PmkR3<=leg
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: \Jx04[=
public class MP3Factory:IMediaFactory KK&rb~
{ Aw}"gpL
public IMedia CreateMedia() CJ1 7n
{ fsJ9bQm/
return new MP3(); U{7w#>V
.
} ~HTmO;HNf"
} xf<at ->
//其它工厂略; mw_~*Nc'9
5's87Z;6
public class RMFactory:IMediaFactory XC4X-j3
{ l)G^cSHF.3
public IMedia CreateMedia() >p)MawT]
{ l1T m`7}
return new RM(); 7E!IF>`
} >6NRi /[
} $G8E 3|k
//其它工厂略; S{]x
SX<` {x&L
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 iP
=V8g?L
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: d74d/l1*{
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2)G
%)'
{ -e_hrCW&9
IMediaFactory factory = null; 3kw,(-'1
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) f[@77m*
{ XG}C+;4Aw
//音频媒体
z_F-T=_
case ("mp3"): kDEPs$^
factory = new MP3Factory(); #xho[\
break; (61EDKNd9
//视频媒体 *^g:P^4
case ("rm"): )Q1"\\2j0
factory = new RMFactory(); )Ub_@)X3%l
break; kh
{p%<r{
//其他类型略; 4]yOF_8h
} _"E%xM*r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); -&NN51-d\j
player.Play(factory.CreateMedia()); 9KDEM gCW
} Lx\8Z=
i*|\KM?P
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。 Z'4./
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: Wi*.TWz3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Gr7=:+0n|P
{ e5* ni/P
IMediaFactory factory = null; S]bmS6#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) gW^VVbB'L
{ Yk)."r&