面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) oK[,xqyA
$\H46Ji
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。 hzVO.Q*
一、传统过程化设计思想 QNBzc {XB
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: %?wE/LU>
public class MediaPlayer EU~'n-
{ 2Rt ZTn
private void PlayMp3() @3D%i#2o&[
{ ,urkd~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); :Dm@3S$4<
} 8)ol6Mi{
l8li@K
private void PlayWav() @isqFKjph
{ ew~FN
MessageBox.Show("Play the wav file."); c(JO;=,@9
} 5n#&Hjb*F0
D4T+Gk"n
public void Play(string audioType) Z)~4)71Y:
{ D]_\i[x
switch (audioType.ToLower()) Ps-d#~4U;
{ EFO Q;q
case ("mp3"): @35]IxD
PlayMp3(); `/iN%ZKum
break; 9LRY
case ("wav"):
=7@
PlayWav(); [a6lE"yr
break; 3F3?be
} B-zt(HG
} L1+cv;t
} pgi7 JQ
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 OQyOv%g5C
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 GQ8P}McA
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! pc>R|~J{2
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 ;^]F~x}
二、面向对象设计思想 r73Xh"SL
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! t?Znil|o
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ymqhI\>y#
public class MP3 s#sXr
{ Fv
B2y8&W
public void Play() IRY2H#:$
{ '?4[w]0J<
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); O#k+.LU
} :oQaN[3>_
} o!d0
rkp0ej2-
public class WAV o)DKP>IM#
{ JJa?"82FXZ
public void Play() i[lH@fJm_
{ jws(`mIf\
MessageBox.Show("Play the wav file."); 1uE[ %M
} IS~oyFS
} ~a Rq\fx{
\:S8mDI^s
Public class MediaPlayer =#Jb9=zdR
{ ?Ci\3)u,P
switch (audioType.ToLower()) z@}~2K
{ X*&r/=
case ("mp3"): `^x^=
og'
MP3 m = new MP3(); Kxn=iv^Ir
m.Play(); Pr"ESd>Y
break; <Do89
case ("wav"): vF1$$7k
WAV w = new WAV(); ,$>Z= ~x*
w.Play(); e V#H"fM
break; sy?W\(x
} k2a^gCBC
} CJ >=odK[
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。 O jmz/W
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) G})mw
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。 qK
pU.rP
public class AudioMedia oj,
{ $6[]c)(
public void Play() OduTg^R
{ jTJ[2WaS
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); shRvwE[
} r}w 9?s^rB
} LGkKR{ep(
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 wO9<An
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Z'~FZRF
public abstract class AudioMedia t<=L&:<N
{ I&9B^fF6
public abstract void Play(); 1zffPC8jl
} sQ$FtKm6
){Y2TWW&0
public class MP3:AudioMedia {z7{ta
{ 62q-7nV
public override void Play() Y;WrfO$J
{ }HzZj;O^2>
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 0ni5 :tYy
} 'AoH2 |
} >=(e}~5y
iJK9-k~
public class WAV:AudioMedia I <7K^j+5:
{ jdzV&
public override void Play() d:aQlW;}
{ \GN5Sy]r
MessageBox.Show("Play the wav file."); JqO( ]*"Hi
}
$n ) w4p_
} }% =P(%-
e:]$UAzp
public class MediaPlayer ~tWBCq 6
{ aNz%vbh\
//根据需要完成任务的单向分派 /:DxB00
public void Play(AudioMedia media) ??Lxb% 7R
{ dK-G%5)r
media.Play(); FWj~bn
} XN Y(@
} *HVO
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)。 y\:2Re/*Jt
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。 w;:,W@K
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: h0`)=
public abstract class VideoMedia "T'!cy
{ x+&&[>-P
public abstract void Play(); Jg:'gF]jt
} q:'(1y~
6m]L{ buP
public class RM:VideoMedia
J' ;tpr
{ *e R$
public override void Play() mMR[(
{ 9D@Ez"xv
MessageBox.Show("Play the rm file."); pGC`HTo|
} = 2k+/0ZbP
} la-+`
X*sF-T$.
public class MPEG:VideoMedia Ldu!uihx
{ N\u-8nE5
public override void Play() _VJb i,V
{ KNnE5f
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); rtI4W
} (-
uk[["3
} /[IK[
P_;oSN|>
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。 LZeR.8XM>
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: ;rFa I^
$KiA~l
public interface IMedia E-/]UH3u H
{ ;RrfE8mGj
void Play(); q&+GpR
} 6*e:ey U
7J_H Ox#
public abstract class AudioMedia:IMedia E,;nx^`!l
{ |^=`ln!
public abstract void Play(); Djzb#M'm
} k;)L-ge9
\ l:n
public abstract class VideoMedia:IMedia ,UP6.C14
{ R'{V&H^Z
public abstract void Play(); UY==1\
} T]:5y_4?[
c/s'&gG33z
这样再更改MediaPlayer类的代码: b~|B(lL6Xm
public class MediaPlayer {kC]x2 U
{ j>6{PDaT
public void Play(IMedia media) r"n)I$
{ h'bxgIl'`
media.Play(); @/9>
/?JP
} zIL.R#|D=
} {3;4=R3
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 ScI9.{
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。 WN0^hDc-
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。 NEN br$,G
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {\%x{
{ GVg0)}
IMedia media = null; 8z+ CYeV
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 4fN<pG,
{ jQc0_F\
case ("mp3"): ?O_;{(F_
media = new MP3(); i^n&K:6
break; {{O1C~
//其它类型略; y.>r>o"0
case ("rm"): {U4%aoBd8
media = new RM(); 6PTD%Rf\
break; ,0~'#x>
//其它类型略; ,e;(\t:
} 3
-5^$-7_
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 67#;.}4a
player.Play(media); R4o_zwWgPw
} / og'W j
X<1# )xC
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ~h1'_0t
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。 {C<ch@sR
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。 L.8-nTg"y
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。 s)-=l_4T
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: <EE)d@%>v
public interface IMediaFactory %9M_*]
{ 2nwP-i
IMedia CreateMedia(); (j'[t
} kweyp IB
{RzlmDStV
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: SnVnC09y
public class MP3Factory:IMediaFactory V8c&2rNa
{ KQEn C`Nz
public IMedia CreateMedia() `=FfzL
{ X&K1>dgWP
return new MP3(); _/KN98+
} P'g$F<~V
} !#>{..}}3
//其它工厂略; J3K!@m_\
x1TB
(^aX
public class RMFactory:IMediaFactory 2cww7z/B
{ <%|2yPb]
public IMedia CreateMedia() ~*H!zKIx
{ :HwB+Bjy
return new RM(); #/YKA{
} ^Zg"`&E
} xY@V.
//其它工厂略; ,3x3&c
h'wI/Z_'
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。 %POoyH@D}
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: t,&1~_9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x;kW }U
{ O7E0{8
IMediaFactory factory = null; /Wt<[g#
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A_CK,S*\,&
{ Iz
VtiX
//音频媒体 kMK-E<g
case ("mp3"): G6L'RP
factory = new MP3Factory(); aj1Zi3h
break; 5*~G7/hT
//视频媒体 ,%Dn}mWu
case ("rm"): +Ge-!&.;A
factory = new RMFactory(); j134iVF%
break; Z:5e:M
//其他类型略; iEnDS@7
} |o6B:NH,rg
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 58WL8xu
player.Play(factory.CreateMedia()); ?&"-y)FG
} q*52|?
@<;0h|
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。 O9jqeF`L=
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: ]x?`&f8i
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) RH~KaV3
{ 10t9Qv/
IMediaFactory factory = null; S)p1[&" M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 3s"x{mtH
{ 81`-xVd
case ("mp3"): ;j S~0R
factory = new MP3Factory(); A[^fG_l4
break; Ub0g{
//其他类型略; {4\(HrGNk
case ("rm"): p"3_u;cN
factory = new RMFactory(); ~^
Q`dJL
break; !5&%
P b
//其他类型略; hj s[$,1
} fpu^
IMedia media = factory.CreateMedia(); K8f;AK
media.Play(); i#=s_v8
} O6 bB CF;
%,1bh
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 =UT*1-yhR
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 d%8hWlffz
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 0escp~\Z
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: )BmK'H+l
+<7`Gn(n3
<appSettings> |]*]k`o<)
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> v?vm-e
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> XhhV7J_F
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> oYI7 .w
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> )w=ehjV^m
</appSettings> @WEDXB
Y?ouB
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: ?%d]iTZE
private void InitMediaType() :>+}|(v
{ OLg=kF[[
cbbMediaType.Items.Clear(); :VGvL"Kro
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) \ ?sM
{ ~QQi{92
cbbMediaType.Item.Add(key); TldqF BX
} Q!9AxM2K
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Myvp PW
} T 5$db-^
^Q0%_V,
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 1<IF@__
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3+ JkV\AF
{ HN?NY
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ^`?2g[AA
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); g
67;O(3
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; )!+~q!A
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, L"e8S%UqX
factoryDllName).Unwrap(); Te_%r9P|2
IMedia media = factory.CreateMedia(); > yk2
media.Play(); Y- esD'MD
} SoC3)iqv/
`\Z7It?aDs
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。 7|bzopLJk
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: "&lQ5]N.%
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 H!PMb{e
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!