面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) W2o8Fu
J Wyoh|
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 Zv7$epDUz
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: #lVl?F+~
public class MediaPlayer DuC u6j
{ G QB^
private void PlayMp3() fB ,!|u
{ Tk@g9\6O9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); h/y}
} -r2qIt
BKlc{=
private void PlayWav() :@4>}k*
{ 2W-NCE%K)T
MessageBox.Show("Play the wav file."); ^} pREe c=
} EpS8,[w
>~bj7M6t
public void Play(string audioType) gZ%O<XO
{ z(#hL-{c
switch (audioType.ToLower()) 9,a,A6xry
{ 3b/vyZF
case ("mp3"): DDCQ Af
PlayMp3(); @IKe<{w
break; 8LM1oal}
case ("wav"): C5n=2luI_
PlayWav(); kAF}*&Kzd~
break; )cmLo0`$
} 0 Ln5e.&
} 1R~WY'Ed
} 25@j2K (
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。 V$F.`O!hfi
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 U&\{/l
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! qA\kx#v]P
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 '!L1z45
二、面向对象设计思想 />I8nS}T
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! I!0+RP(
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: GpQF* x
public class MP3 EYD{8Fw-
{ fvfVBk#
public void Play() o 0
#]EMr
{ .Qw@H#dtW
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -$|X\#R
} R3!vS+5rR
} X|B;>q
< 3+&DV-<N
public class WAV h}<ZZ
{ 5Cyjq0+
public void Play() t4c#' y
{ imq(3?
MessageBox.Show("Play the wav file."); =]mx"0i[
} bvRGTOxO
} <%JO3E
o-Fle, qf
Public class MediaPlayer xi^e =:;`
{ /+U)!$zm*
switch (audioType.ToLower()) +\$|L+@Z
{ ,ST.pu8N.
case ("mp3"): M@@O50~
MP3 m = new MP3(); oi4Wxcj
m.Play(); _Vf|F
break; 'm? x2$u8
case ("wav"): fhWD>;%F%
WAV w = new WAV(); u`2k6.-
w.Play(); s3!LR2qiF
break; ;<R_j%*
} ~"0X,APR5
} 5VoiDM=\c
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。 Z_WTMs:x!
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) G")EE#W$}
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 :R\v# )C
public class AudioMedia cyeDZ)
{ :Aiu!}\
public void Play() p+D6Z'B
{ sBI%lrO
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); !T(Omve)
} YEoT_>A$dB
} = }lA|S
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)。 ;7*@Gf}R
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: M:f=JuAx
public abstract class AudioMedia jc`',o'[+
{ Hxi=\2-
public abstract void Play(); s""8V_,;
} uL AXN
3m7V6##+
public class MP3:AudioMedia 5FKd{V'
{ {# _C
public override void Play() f+~!s 2uw
{ eakIK+-21y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4x=Y9w0?8
} DCUq.q)
} o^6 j(~
,lM2BXz%
public class WAV:AudioMedia cBf{R^>Fd
{ ^C|9K>M
public override void Play() _oVA0@#n
{ ?{")Wt
MessageBox.Show("Play the wav file."); =@
} T^G<)IX`c
} N\&;R$[9:
MX\-)e#
public class MediaPlayer W/Q%%)J
{ Ls*=mh~IY
//根据需要完成任务的单向分派 2=+ ,jX{
public void Play(AudioMedia media) EIm\!'R]
{ R?SHXJ%'
media.Play(); cLP@0`^H
} kn|l 3+
} U8z"{
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 X#<Sv>c^
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 ibw;BU
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: EBLoRW=8ld
public abstract class VideoMedia ;mlIWn
{ ]~ UkD*Ct
public abstract void Play(); giJyMd}x
} RVx<2,['
Ma#-'J
public class RM:VideoMedia m/Z_ HER^
{ hh}EDnx
public override void Play() NZP,hAUK,
{ B[V=l<J
MessageBox.Show("Play the rm file."); _,~zy9{,
} f'U]Ik;Jy
} DL_\luh
0MPDD%TP
public class MPEG:VideoMedia 0yNlf-O
{ >FNt*tX<0
public override void Play() ]Jqe)o
{ itvdzPO
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); a| cD{d
} rd{(E
} SbivW5|61
X_l,fu^C#$
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。 V|7CYkB8
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: 4/|=0TC;
UMaKvr-C&
public interface IMedia ;v\n[
{ N/VIP0Kb
void Play(); zY-m]7Yf
} sA.yb,Fw
` 454=3H
public abstract class AudioMedia:IMedia 8{u01\0}
{ M czWg
public abstract void Play(); ?|dz"=y
} XQ8Imkc
?#m5$CFp
public abstract class VideoMedia:IMedia Ls{fCi/2F
{ swrd
public abstract void Play(); M-gjS6c\3
} 8>9+w/DL
{9MYEN}FO
这样再更改MediaPlayer类的代码: 1-#tx*>AY
public class MediaPlayer `fyAV@X
{ :ux`*,zh
public void Play(IMedia media) f14c}YY
{ }^q#0`e(y
media.Play(); (Q+3aEUE
} 9h{G1XL
} _JH6bvbQ
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 %ZK}y{u\
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 =qRVKz
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 P'8E8_M}
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |*$_eb
{ n6f|,D!?
IMedia media = null; *&D=]fG
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -E7\.K3
{ 25L{bcng
case ("mp3"): KX`,7-
media = new MP3(); e
j9G[
break; |.A>0-']M
//其它类型略; jo~Pr
case ("rm"): #,56vVY
media = new RM(); ks}o9[D3
break; 51vK>
//其它类型略; 5hAg*zJb5o
} PR+!CFi&
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?x@khzk
player.Play(media); !MC Wt
} G.}yNjL8
@w0[5ZAj
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (EX
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。 "^H+A-R[
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。 zjmc>++<t
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。 xcig'4L
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: jo^*R'}
public interface IMediaFactory ?6dtvz;K+?
{ k$UBZ,=iC
IMedia CreateMedia();
CvN~
} XHr{\/4V
dQ[lXV[}v
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: *u}):8=&R
public class MP3Factory:IMediaFactory ^4"_I
{ mI# BQE`p6
public IMedia CreateMedia() EB#z\
{ yl}Hr*
return new MP3(); m_B5M0},
} L*z;-,
} hk
I$ow (
//其它工厂略; |j,Mof
J:5n/m^A
public class RMFactory:IMediaFactory RjDFc:bB
{ }/VHeHd
public IMedia CreateMedia() nTAsy0p]
{ 2Y+*vN s3
return new RM(); 'Khq!pC
} 9\8""-
} ,>$#e1!J
//其它工厂略; /y 0 )r.R
fp7Qb $-A
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。 [>-k(D5D
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: 89paR[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4v>V7T.
{ =BtEduz
IMediaFactory factory = null; ew(6;}+^/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 9YJb~tuZ73
{ b%kh:NV{S
//音频媒体 J: LSGj;R
case ("mp3"): i"'k|TGW^
factory = new MP3Factory(); ^6*? a9jO>
break; 1jL?z6S
//视频媒体 1pV"<,t
case ("rm"): R/#*~tPi8
factory = new RMFactory(); h@J`:KO
break; [Ue>KG62=
//其他类型略; 4Qdg t*
} 3 yElN.=
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,w6?}
N
player.Play(factory.CreateMedia()); u7mj
} :.dQY=6I
ty78)XI
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。 bYtF#Y
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: %;<