面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 1GyA QHx,
7J</7\
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。 ;NN(CKZ9A
一、传统过程化设计思想 v\r7.l:hf
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: 071 E%u,
public class MediaPlayer 6O[wVaC1u
{ ,sQ0atk7ma
private void PlayMp3() 2rE~V.)%
{ !D|pbzQc8
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); (qq$y
#$
} R)DNFc:
CzDR% v x
private void PlayWav()
EY[Q%
{ dOYm t,
MessageBox.Show("Play the wav file."); AcfkY m~
} 7T(OV<q;#
J=Y( *D7Q
public void Play(string audioType) ]oWZ{#r2
{ ZE3ysLkm
switch (audioType.ToLower()) (w@MlMk
{ Osvz 3UMY3
case ("mp3"): 3I{ta/(
PlayMp3(); CFS3);'<|
break; G:6$P%.
case ("wav"): > Qbc(}w
PlayWav(); .8uwg@yD
break; ,B/p1^;.
} -aeo7C
} S&))
0d
} aSj1P/A
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ;h(;(
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 j7HlvoZV
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! BQJ`vIa
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 H6 f; BS
二、面向对象设计思想 "6o}qeB l
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! R_*D7|v
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ^@5ui;JV
public class MP3 &)f++(i
{ "qP^uno
public void Play() g!)LhE
{ 08n%%
F
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); eYX_V6c
} (>5VS
} }ok
nB
lX k-86[M
public class WAV ;gu>;_
{ P(i2bbU
public void Play() ~TK^aM
{ Nb9V/2c;V
MessageBox.Show("Play the wav file."); Jz3<yQ-
} I%b:Z
} <7-,`
f<Um2YGW
Public class MediaPlayer 9n\#s~,
{ k@)m- K
switch (audioType.ToLower()) e4H0<h
}{
{ M |kDys
case ("mp3"): Olh%"=*;
MP3 m = new MP3(); SR8Kzk{
m.Play(); N4(VRA
break; <mgTWv
case ("wav"): iZUz6
WAV w = new WAV(); 7MJ)p$&
w.Play(); QM=436fq
break; z>g& ?vo2
} ? /X6x1PN
} Y+yvv{01
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。 {Qmb!`F
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) N6
(w<b
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。 r9'H7J
public class AudioMedia n
ZZQxV,
{ MCpK^7]k
public void Play() ^M5uLm-_s
{ /Z_ [)PTH
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Ijro;rsEKM
} QD VA*6F
} >mSl~.I2
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)。 y'wW2U/1-
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: "A`'~]/hE
public abstract class AudioMedia TmAb!
Y|F
{ / hdl
public abstract void Play(); 1Nu`@)D0
} 1c~#]6[
o*1`, n
public class MP3:AudioMedia {X"]92+
{ BQf+1Ly&
public override void Play() bdhgHjz
{ z{WqICnb
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 640V&<+v
} &}=,8Gt1G
} ^TK)_wx
(2)9TpE;
public class WAV:AudioMedia !qve1H4d2
{ ~Nh7C b_
public override void Play() bvTkSEN
{ 9DE)5/c`v
MessageBox.Show("Play the wav file."); 9DKB+K.1
} $>m<+nai'
} Sd11ZC6
'2oBi6|X
public class MediaPlayer zH4#\d
{ th|Q NG
//根据需要完成任务的单向分派 AOUO',v
public void Play(AudioMedia media) &p/k VM
{ Z`MQ+
media.Play(); ![jP)WgF
} \zyGJyy.
} D~>P/b)v{j
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)。 !1R
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。 Z^S!w;eu
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: SBt:
`,
public abstract class VideoMedia z0Hh8*
{ aR $P}]H
public abstract void Play(); [%:NR
} f#mpd]e+6
T94$}- 5/)
public class RM:VideoMedia +^:K#S9U
{ x]T;W&s
public override void Play() ~qH@Kz\%
{ D%v yO_k
MessageBox.Show("Play the rm file."); o 8U2vMH
} d-aF-
} kEh# 0
u:$x,Q
public class MPEG:VideoMedia HL]?CWtGP
{ k@'.d)y0`
public override void Play() :QNEA3Q
{ 6G],t)<A'-
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); RZjR d
} HS7!O
} j?A+qk
Mtr~d
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 kcb'`<B
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: zD'gGxM1
&~8}y+z
public interface IMedia g@L4G?hLn
{ M}>q>
void Play(); >J1o@0tk
} B$G8,3 ,:
t
+_G%tv
public abstract class AudioMedia:IMedia s0u$DM2
{ Velmq'n
public abstract void Play(); ='FEC-f95
} T>?~eYHXs
?#'qY6 ^
public abstract class VideoMedia:IMedia ,\M'jV"SK
{ @fwU%S[v
public abstract void Play(); SV~xNzo~
} \r2w@F{C
6!$S1z#wM
这样再更改MediaPlayer类的代码: 4}CRM# W2
public class MediaPlayer ! 9e>J
{ ATU@5,9
public void Play(IMedia media) qrdI"
{ I.>LG
media.Play(); ch&r.
} ;Cwn1N9S
} 1;h>^NOq
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 P+/L,u
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。 !\m.&lk'^
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。 dx~Wm1
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (7IF5g\
{ _YY)-H
IMedia media = null; p#&6Ed*V
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8WH>
{ @6E[K'5c1
case ("mp3"): \bg^E>-
media = new MP3(); OV[-m;h|
break; 0K!9MDT}*
//其它类型略; @EQ{lGpU3
case ("rm"): H\S,^)drJ?
media = new RM(); = FE,G*
break; A-~)7-
//其它类型略; oH;Y} h
} {r"s.|n
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); RHxd6Gs"
player.Play(media); C{Fo^-3
} ~UnfS};U
a-W&/
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 K,R Ia0)
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。 q"Xls(
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。 P)H%dJ^l
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。 WlY%f}ln
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: 83dOSS2
public interface IMediaFactory 6e*JCf>
{ s)C.e# xl
IMedia CreateMedia(); XH. _Z
} eI[z%j[Y*
V}(%2W5X+
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: jJf|Ok:G{
public class MP3Factory:IMediaFactory hOq1"kL
{ xS.0u"[
public IMedia CreateMedia() 5pDxFs=v
{ U3Q'ZT
return new MP3(); ^cY5!W.q8
} mdk:2ndP
} YziQU_
//其它工厂略; J@$>d
LR^b?.#>
public class RMFactory:IMediaFactory gt
?&!S^
{ .OjJK?
public IMedia CreateMedia() =#W{&Te;
{ A[b'MNsv
return new RM(); cO<x:{`
} rg
$71Ir
} &38Fj'l
//其它工厂略; bi_R.sfK&
OLiYjYd
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。 CocvEoE*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: @}[)uH
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ='mqfGRi>
{ { u;ntDr
IMediaFactory factory = null; V9MA)If>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) duM>(y
{ 3}vlj:L
//音频媒体 QTDI^ZeuF
case ("mp3"): "kL5HD]TC
factory = new MP3Factory(); &2g1Oy~
break; 4RK^efnp
//视频媒体 ;TR.UUT
case ("rm"): 6Y=$7%z
factory = new RMFactory(); h;Bol
break; 4[(P>`Unx
//其他类型略; 'Kq%tM26!
} @hCGV'4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 68D.Li
player.Play(factory.CreateMedia()); dtnAMa5$T
} Y`_6Ny="
{:? -)Xq
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。 D,R/abYZH
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: oZIoY*7IrQ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) P!-9cd1C,
{ 5ecqJ
IMediaFactory factory = null; :${Lm&J
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +DU}f;O8v
{ GB{%4)%6
case ("mp3"): 5` Q#2
factory = new MP3Factory(); Q2+e`
break; =XqmFr;h
//其他类型略; qEywExdiu
case ("rm"): ^c/.D*J[I
factory = new RMFactory();
2"13!s
break; [aIQ/&