面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) gn-@OmIs
cnw?3/J
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。 <@.!\
一、传统过程化设计思想 eP(|]Rk
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: t,w'w_C
public class MediaPlayer z:1"d
R
{ c`Q#4e]%_
private void PlayMp3() 8*x/NaH
/\
{ TI5<'
U)
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,DL%oQR
} `;
+UWdAR
99GK6}~TGm
private void PlayWav() <`)vp0
{ u> @@
MessageBox.Show("Play the wav file.");
@f!r"P]
} r=gF&Og,?
BMdcW
MYU\
public void Play(string audioType) w~AW(
VX
{ L3;cAb/
switch (audioType.ToLower()) A.+Qa
{ mS?W+jy%
case ("mp3"): !sVW0JS h
PlayMp3(); {i"th(J$
break; AfT;IG%Gt
case ("wav"): e3.q8r
PlayWav(); RI2/hrW
break; cGM?r}zJ
} /l` "@
} ' OXL'_Xl
} +JejnG0
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。 XK{K FB-
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。 g3| 62uDF
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! )|,Zp`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。
:>-&
二、面向对象设计思想 |wM<n
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! %7A?gY81
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: B=)tq.Q7
public class MP3 D[0g0>K
{ Gt$PBlq0
public void Play() u=
Vt3%q
{ ?wVq5^ e
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 5ajd$t
} =`g@6S
} \:jJ{bl^A
MDauHtF,
public class WAV 85rjM#~
{ ~j yl
public void Play() e"cvo(}g
{ ;Dp<|n
MessageBox.Show("Play the wav file."); E`#/m@:|-
} $bF3v=u`
} u}|+p +
|3C5"R3ZGO
Public class MediaPlayer Rg7~?b-
{ J3y4D}
switch (audioType.ToLower()) jg3T1ROL
{ SquuK1P=
case ("mp3"): f,VJfY?#
MP3 m = new MP3(); 7gQ2dp
m.Play(); zhVkn]z~*
break; M,g$
case ("wav"): S?u@3PyJm
WAV w = new WAV(); mI,!8#
w.Play(); {Z1^/Fv3
break; QygbfW6u
} :|N(:W>=$Y
} :,Mg1Zf
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。 I5#zo,9
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) li&&[=6A
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。 lO=~&_
public class AudioMedia iJ p E`
{ a1gaB:w5n
public void Play() 6.k>J{GG
{ KVp3pUO
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); E&>=
} LIfYpn6
} "w:?WS
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)。 |WsB0R
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: []hC*
public abstract class AudioMedia L[O.]2
{ {vU;(eN
public abstract void Play(); $kd9^lj#[
} [)t1"
|6GDIoZ
public class MP3:AudioMedia Hg2Rcl
{ s> JWNP
public override void Play() ?k+>~k{}a
{ ^(~%'f
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .?)gn]#
} 4Bk9d\z
} 10{zF_9yx
!M;><b}=5
public class WAV:AudioMedia ")D5ulb\
{ vY!'@W
public override void Play() }N0v_Nas;v
{ Y|~+bKa
MessageBox.Show("Play the wav file."); .A
apO}{
} pFcCe
'd"
} H&!?c5
IM=3n%6
public class MediaPlayer P~M<OUg
{ PIM4c
//根据需要完成任务的单向分派 3NSX(gC%
public void Play(AudioMedia media) ,dXJCX8so
{ T&+y~c[au
media.Play(); cjwc:3
CM
}
Pzte!]B
} 7~!F3WT{
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)。 <5o
oML]nP
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。 'nN'bVl/
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: :N64FR#
public abstract class VideoMedia qyL!>kZr@
{ Wgb L9'}B
public abstract void Play(); xTf|u
} Cq[<CPAS
*9tRhRc
public class RM:VideoMedia yR1v3D4E
{
::sk)
public override void Play() 7x#."6>Dy
{ p(.z#o#
MessageBox.Show("Play the rm file."); /a}`
y
} n!&F%|o^^
} pvhN.z
+g&M@8XO&
public class MPEG:VideoMedia S|r,RBeZ
{ sFw;P`
public override void Play() |p`}vRv
Uh
{ N#GMvU#R
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); t5k=ngA
} [F+*e=wjN>
} -{ES 36
_b9>ZF~
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。 MG vp6/Pd
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: X#Hl<d2
|:pBk:
public interface IMedia /YHnt-}v,
{ )yUSuK(Vu
void Play(); v)JS4KS
} ,:8oVq>?
upiYo(sN.
public abstract class AudioMedia:IMedia 4 {+47=n
{ ~uu{
v')
public abstract void Play(); X*t2h3"}
} 3&zcdwPj
Bhk@0\a
public abstract class VideoMedia:IMedia !+(H(,gI
{ F#a'N c9
public abstract void Play(); ('+C $
} IQQ>0^Q~
IHv>V9yiG
这样再更改MediaPlayer类的代码: :"gu=u!
public class MediaPlayer $:D\yZ,
{ V^< Zs//7
public void Play(IMedia media) ?hKpJA'%
{ #9t3 <H[
media.Play(); VjJ}q*/3e
} >cH}sNHy
} O+t'E9Fa
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 @s0 mX3P
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 2E0oLl[
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 EZ[e
a<
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ''}2JJU{
{ as"@E>a
IMedia media = null; \5fvD8>H
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \S>GtlQbn
{ <sG}[:v
case ("mp3"): yC7lR#N8j0
media = new MP3(); a}[rk*QmZ
break; e6Kyu*
//其它类型略; hfpis==
case ("rm"): L=&}s[5
media = new RM(); 3*N0oc^m
break; gw<udhk
//其它类型略; 1cD
} /|@~:5R5H
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @[bFlqsE
player.Play(media); w,LB
} zGa
V^X
.gY=<bG/fA
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <MJ-w1A
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 {
T?1v*.[
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 o@ @| 4
F
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 LeYI<a@n@$
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: (?ZS9&y}
public interface IMediaFactory XRi37|p
{ >^D5D%"
IMedia CreateMedia(); ~R~eQ=8
} o_&Qb^W
[= Xb*~
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: !J[! i"e
public class MP3Factory:IMediaFactory ,,G'Zur7
{ oo|Nu+
public IMedia CreateMedia()
czH# ~
{ oiQ:&$y
return new MP3(); J:G{
} R#!Urhh
} "Rn@yZV
//其它工厂略; yh{U!hG
b1yS1i
D
public class RMFactory:IMediaFactory o0TB>DX$`
{ 63kZ#5g(Dw
public IMedia CreateMedia() S7j U:CLJ
{ MJU*Sq
return new RM(); 3|D .r-Q
} NG:
f>R
} omI"xx
//其它工厂略; J7@Q;gcl:
}>_
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。 "8E=*2fcw
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:
M,we,!B0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) zb.sh
{ q siV
IMediaFactory factory = null; |Rz}bsrZ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) "g5MltH
{ (&M,rW~Qxs
//音频媒体 60l!3o"p!
case ("mp3"): n<ecVFft
factory = new MP3Factory(); g\ H~Y@'{
break; -/_hO$|W
//视频媒体 Yn>FSq^Wp-
case ("rm"): N!<X%Ym
factory = new RMFactory(); mteQRgC
break; 3?TUt{3g
//其他类型略; eF?jNO3
} o1H6E1$=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); w I[Hoi
V
player.Play(factory.CreateMedia()); fONycXM]
} ^G
"Qp8 "
k=X)axt1
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。 CIz_v.&:
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: #
S0N`V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) m?=J;r"Re
{ ~xcU6@/
IMediaFactory factory = null; <kazV<"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) D4*_/,}
{ WfQZ7e
case ("mp3"): i]& >+R<6
factory = new MP3Factory(); ]+>Kl>@
break; W+Ou%uv}S
//其他类型略; EmyE%$*T
case ("rm"): k<RaC=
factory = new RMFactory(); tUGF8?&
G
break; ]2_=(N\Kt
//其他类型略; zek>]l`!
} Gsy'':u
IMedia media = factory.CreateMedia(); 67U6`9d
media.Play(); ;8b!T
-K
} iKv"200h(
7_J0[C!G
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 /&l4 sF1
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 WsT
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 xF*i+'2
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: [4+I1UR`
w,t !<i
<appSettings> HTSk40V
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 6cOlY=
bn
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ADA}_|O
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> +mYK
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ,M$h3B\;r
</appSettings> Ged} qXn
4r#4h4`y|
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: S$46YQ
private void InitMediaType() 2rHQ7
{ ssl.Y!
cbbMediaType.Items.Clear(); F:A Vik
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) hRqr
{
spWo{
cbbMediaType.Item.Add(key); &d]@$4u$;
} BCX2C
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; |gU)6}V@
} 9)uJ\NMy
L0Ajj=
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: B?4Iu)bCxI
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Kd*=-
{ r(rT.D&
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); H;#C NB<e
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); CtZOIx.;|
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; D5Z)"~'
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, E@-5L9eJ\
factoryDllName).Unwrap(); Bve',.xH
IMedia media = factory.CreateMedia(); AuY*x;~
media.Play(); ndw&F'.r
} Uy@:-NC)kn
#VxN [770
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。 ^-F#"i|Cn
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: 55=YM'5]
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 k7]4TIUD*
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!