面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) r|
6S
ZNL;8sI?>
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。 *@$($<pY&
一、传统过程化设计思想 nzQYn
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: u8{@PlS
public class MediaPlayer `Yo-5h
{ ?<>,XyY
private void PlayMp3() X:xC>4]gG'
{ D7gX,e
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); cEh0Vh-]
} .,d$%lN
^a:vJ)WB7
private void PlayWav() e4>L@7
{ IGF37';;
MessageBox.Show("Play the wav file."); xVh\GU855
} o3\SO
84hi, S5P
public void Play(string audioType) >[E|p6jgT
{ ei|*s+OZu
switch (audioType.ToLower()) "c !oOaA
{ kMJQeo79
case ("mp3"): 3[|:sa8?s
PlayMp3(); '
q=NTP
break; (DELxE
case ("wav"): Pi"tQyw39$
PlayWav(); \@
WsF$
break; }]n>A
} -Fok%iQ'5
} ,
$D&WH
} `ykMh>*{
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。 C-:SQf
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。 1O'* X
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! *$4A|EA V
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。 k_En_\c?p2
二、面向对象设计思想 +s*l#'Q
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! `DWi4y7
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: 5 vu_D^Q
public class MP3 vxzf[
{ d<|lLNS
public void Play() cc2 oFn
{ H>X\C;X[
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Jegx[*O>b
} w ;s ]n
} +qSr=Y:+
gvRc:5B[
public class WAV QU,TAO
{ \0^r J1*
public void Play() t7*H8
{ Hq"<vp
MessageBox.Show("Play the wav file."); KHc/x8^9
} "[".3V
} q _T?G e
{Y@-*pL]
Public class MediaPlayer tmY-m,U
{ .1[2 CjQ
switch (audioType.ToLower()) .olPm3MC
{ 1$3XKw'
case ("mp3"): faL^=CAe
MP3 m = new MP3(); gQk#l\w_
m.Play(); Y+"hu2aPkY
break; )o'U0rAx|a
case ("wav"): &"H<+>`
WAV w = new WAV(); x9o^9QJh
w.Play(); %9-#`
break; @cTZ`bg
} .^N#|hp^
} OCOO02Wq1
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 mb*h73{{
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) +N(YR3
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 i6g[E4nk
public class AudioMedia 1A/c/iC
{ ncw?;
public void Play() c^[1]'y
{ (zTI)EV
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ! MF"e|W
} 2cX"#."5p
} O.up%'%,
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 yY@s(:
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ,0<F3h
public abstract class AudioMedia X?}GPA4 W
{ oN6*WNt J
public abstract void Play(); g%q?2Nv
} B,m$ur#$
}2!5#/^~
public class MP3:AudioMedia 3EW f|6RI
{ zhvk%Y:
public override void Play() TLL[F;uZ
{ Lugk`NUvF
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Eztz~oFo
} E_gDwWot
} M;TfD
"JUQ)> !?
public class WAV:AudioMedia tm36Lw
{
!K^Z5A_;
public override void Play() "/K&qj
{ w<F;&';@h
MessageBox.Show("Play the wav file."); )zLS,/pk^
} 6<Pg>Bg
} + x;ML
5N3!!FFE
public class MediaPlayer i>if93mpj
{ I.\f0I'.
//根据需要完成任务的单向分派 xP/1@6]_Je
public void Play(AudioMedia media) s3E~X
{ ^B6i6]Pd=9
media.Play(); )}it,<
} J0*]6oD!
} e'?doP
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)。 ~ew**@N
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。 ^(m6g &$(
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: [?f.0q
public abstract class VideoMedia ]{6yS9_tuI
{ Q}f}Jf3P
public abstract void Play(); Lv5
==w}
} 0qd;'r<
ESf7b `tS
public class RM:VideoMedia qpwh #^2
{ g(Xg%&@KZ
public override void Play() at(p,+ %
{ )! *M
71
MessageBox.Show("Play the rm file."); ):\{n8~
} RW PdS
} Ho._&az9cT
d|?(c~
public class MPEG:VideoMedia pA,EUh|H
{ uj1E*
98m
public override void Play() e}4^N1'd/
{ 2=,Sz1`t
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); [oN> :
} I7z]%Z
} \^( vlcy
7 KdM>1!
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 >]Yha}6h
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ZO0]+Ko
|tJ%:`DGw
public interface IMedia #`L}.
{ &eS70hq
void Play(); 6'*Uo:]
} |>}0? '/]
WKJL<
D ]:
public abstract class AudioMedia:IMedia }nY^T&?`
{ f]A6Mx6
public abstract void Play(); ST8/
;S#c
} `"b7y(M
R6$F<;nw
public abstract class VideoMedia:IMedia GV@E<dg$R
{ <^'+]?
public abstract void Play(); jhbH6=f4]^
} {2clOUi
_,0!ZP-
这样再更改MediaPlayer类的代码: =
hX-jP
public class MediaPlayer U+r#YE.
{ v9` B.(Ru
public void Play(IMedia media) ~)8i5p;P/k
{ |Ge/|;.v`
media.Play(); 3a)Q:#okD
} /FV6lR!0^
} 0#{]!>R
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 YB1DL^:
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 _
*s
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 qe"6#@b *|
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <07W&`Dw
{ sr@XumT
IMedia media = null; -qP[$Q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7Z~szD
{ :h^UC~[h 3
case ("mp3"): Ci9wF(<k
media = new MP3(); V;]VwsZ"
break; 14YV#o:
//其它类型略; -x\l<\*
case ("rm"): [*ovYpj^
media = new RM(); V//q$/&8(
break; j~f 7WJ
//其它类型略; `"mK\M
} %c/"A8{ eb
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :O+b4R+
player.Play(media); rkc%S5we
} 54cgX)E[x
sH,)e'0
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
x Bw.M{
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 Dlf=N$BL7d
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。 5
^J8<s@_
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。 ZV4'
|q
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: 2OlC7X{
public interface IMediaFactory {!Z_&i5
{ K}3"K C
IMedia CreateMedia(); '"\Mjz)/
} xWb?i6)z&
]%8;c
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: !;C(pnE
public class MP3Factory:IMediaFactory R{A/+7!
{ H08YMP>dc
public IMedia CreateMedia() iSLf:
{ :BxYaAVt^
return new MP3(); HFWm}vA:
} &:f'{>3z
} #( J}xz;
//其它工厂略; 7{F9b0zwk
7#.PMyK9
public class RMFactory:IMediaFactory kGiw?~t=%
{ =d.W'q|
public IMedia CreateMedia() A2_3zrE
{ sZBO_](S
return new RM(); )^#Zg8L
} G6mM6(Sr
} 2MzFSmhc"
//其它工厂略; PH!B /D5G
G/44gKl
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。 *t9qH
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: @Hdg-f>y]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) q ? TI,
{ d6
EJn/
IMediaFactory factory = null; bO%ck-om!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UI|@5:J
{ zR_l^NK
//音频媒体 BW=6gZ_
case ("mp3"): 0 3 $
W
factory = new MP3Factory(); @$}\S
break; r9*H-V$
//视频媒体 l<_mag/j9o
case ("rm"): '6J$X-
factory = new RMFactory(); Eakjsk
break; H4A+Dg,
//其他类型略; 3zF7V:XH
} S9+gVR8]C
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Dq4}VkY
player.Play(factory.CreateMedia()); J&1N8Wk)
} xi=uXxl
_'dy$.g
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。 a3IB, dr5P
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: ^@"f%3
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) D ,^
U%<`
{ \ jdO,-(
IMediaFactory factory = null; 4tNgK[6M
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cty#@?"e
{ g]JI}O*5
case ("mp3"): 4<Y[L'UaA@
factory = new MP3Factory(); ?|yJ#j1=
break; I3b-uEHev
//其他类型略; }kefrT
case ("rm"): ~2ei+#d!^
factory = new RMFactory(); dh`A(B{hfc
break; aJ;R8(*;\
//其他类型略; Nx
z ,/d
} c4W"CD;D
IMedia media = factory.CreateMedia(); vAxtNRS
media.Play(); }gaKO 5
} k-0e#"B
A1T;9`E
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。 Ll48)P{+}V
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。 o7B+f
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。 OZ9j3Q;a$
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: k5CIU}H"
tvCTC ey
<appSettings> WTN!2b
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ,W;8!n0
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> WLFzLW=PD
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> XaSl6CH
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> >pHvBFa3G
</appSettings> 3e1"5~?'<
)+R3C%
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: HXo'^^}q;
private void InitMediaType() 5|z[%x~f
{ $7g(-W
cbbMediaType.Items.Clear(); ^@eCT}p{
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) zxHfQ(
{ s#49pDN
cbbMediaType.Item.Add(key); PmTd+Gj$
} -W vAmi
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; |8ZAE%/d
} ?"Q6;np*
lph_cY3p
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: P~>nlm82]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) EJY:C9W
{ y+h=x4t
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [-a/]
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); H-lRgJdc
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; B`Pi\1H6%
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l>q.BG
factoryDllName).Unwrap(); :g_ +{4
IMedia media = factory.CreateMedia(); d^>s e'ya
media.Play(); roQIP%h!
} a)b@en;v
mAKi%)
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。
A(5?
ci
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: qpCi61lTDJ
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 JOk`emle
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!