面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) /E i e5p
BQ70<m2D$
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。 q:iu
hI$~G
一、传统过程化设计思想 UnEgsfN
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: !41"`D!1
public class MediaPlayer p{``a=
{ GCv1x->
private void PlayMp3() _>?.MUPB
{ Q:T9&_|
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4 ?[1JN>
} joZd
8pp;"
"b
private void PlayWav()
o)DO[
{ V7O7"Q^q
MessageBox.Show("Play the wav file.");
:Gx5vo
}
W/~q%\M {
7VWy1
public void Play(string audioType) V?p`rrj@
{ |`{$Ego:
switch (audioType.ToLower()) {LCKt/Z>P
{ x~{W(;`!
case ("mp3"): N%1nii
PlayMp3(); vg_PMy\
break; x\VP
X
case ("wav"): bka%W@Y%
PlayWav(); `0!%jz=
break; 4T
v=sP
} P97i<pB Y_
} gkKNOus
} BW`;QF<
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。 U)Tl<l<
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。 vz1I/IdTd
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! #TH(:I=[
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。 .C ,dV7
二、面向对象设计思想 Ae"|a_>fMI
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! #uICHt3
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: JeA_mtSQ|
public class MP3 K]|hkp&
{ mQ:YHtHE.F
public void Play() yx ;K&>
{ +kD JZ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $d,{I8d
} s'IB{lJ9
} l
m(mY$B*_
kf9]nIo
public class WAV imhE=6{
{ {G<1.
public void Play() @,]W
{ /;E=)(w
MessageBox.Show("Play the wav file."); :_,3")-v
} .NxskXq)
} WORRF
E0DquVrz
Public class MediaPlayer giW9b_
{ =U8+1b
switch (audioType.ToLower()) )a`kL,
{ g@Y]$ey%A
case ("mp3"): kVG+Wr7l0F
MP3 m = new MP3(); HnsLYY\
m.Play(); BqdpJIr
break; e+>$4Jq
case ("wav"): n1PvZ~^3
WAV w = new WAV(); yw89*:A6
w.Play(); bMv[.Z@v(
break; M
8(w+h{
} Dqd2e&a\
} \0 &$n
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。 "s(|pQh;
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) :1@jl2,
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。 j7NOYm5N
public class AudioMedia N3oa!PE
{ av:%wJUl,$
public void Play() ld 1[Usaq
{ <JvYCWX`
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); #MiO4zXgd
} 7-\wr^ll3
} y>d`cRy
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)。 U!JmSP
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: Xf
mN/j2
public abstract class AudioMedia :lmimAMt
{ ?@MWV
public abstract void Play(); &!HG.7AY
} 6q
`Un}
h,b_8g{!
public class MP3:AudioMedia 8E9k7
{ CoWT
public override void Play() &SPr#OkW
{ ilZ5a&X;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); !0):g/2h
} &+H\ST(/
} I'N!j>5oX
BuxU+
public class WAV:AudioMedia 'AmA3x)9u
{ y$6EEp
public override void Play() Y/pK
{ 1YU?+K
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~~I]SI k{
} AgUjC
} =GeGlI6
z=8l@&hYLq
public class MediaPlayer ~*Y/#kPY
{ !<b+7A
//根据需要完成任务的单向分派 O-P`HKr
public void Play(AudioMedia media) ![MtJo5
{ .G"T;w6d
media.Play(); MiF(
&#
} 'A1y~x#2B
} N4{g[[ T
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 A.r.tf}:
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 m2ph8KC
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: O(_f&a
public abstract class VideoMedia fWF!% |L
{ s!Iinc^p
public abstract void Play(); h///
} Mt%Q5^
I7t}$S6
public class RM:VideoMedia Lw?>1rTT/
{ V|{~9^
public override void Play() gI@nE:(m
{ &b2@+/ F
MessageBox.Show("Play the rm file."); .v9i|E=<~
} BrZ17
} ?,[$8V
AU9:Gu@M/
public class MPEG:VideoMedia !MmbwB'
{ A-$C6q
public override void Play() pF}E`U=Z
{ kb~ 9/)~g
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); kY'C'9p
} hl DU.k
} $d&7q5[
9,"gXsvx(
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 &[yYgfsp
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: >gn@NJ2 N
!!Yf>0u#
public interface IMedia -;i:bE
{ F>%,}Y~B:
void Play(); 2<V`
} gxC`Ml
:z|$K^)7Z
public abstract class AudioMedia:IMedia W4h ]4X
{ sp0_f;bC
public abstract void Play(); )_?H BTG
} UCo<ie\V
b8$%=Xp
public abstract class VideoMedia:IMedia 1WY$Vs
{ VwXR,(
public abstract void Play(); 'l-VWqR-
} ?4R q +
LVL#qNIu
这样再更改MediaPlayer类的代码: ogya~/
public class MediaPlayer 9R&.$5[W(s
{ B\;fC's+
public void Play(IMedia media) ax2#XSCO
{ ?~]mOv>
media.Play(); a^VI)
} v)*eLX$
} a"k,x-EL(
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 *_ajb:
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。 1D~B\=LL}
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。 'w|N}
4
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x3jjtjf
{ =Prz|
IMedia media = null; C"k]U[%{
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .wtYostv
{ }UG<_bE|
case ("mp3"): (YYwn@NGj
media = new MP3(); 'sk M$jr
break; ;b_<5S
//其它类型略; vgr5j
case ("rm"): ^vOEG;TR<-
media = new RM(); 5?E;YyA
break; J %E0Wd
//其它类型略; clIn}wQ
} b}hQU~,E
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 2D3mTpw
player.Play(media); UK[+I]I
p
} iciRlx.$c
t*c_70|@k
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 HLE%f;
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。 MA7&fNjB
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。 #vPk
XcP
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。 grJ(z)c
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: obgO-d9l
public interface IMediaFactory Ti#x62X{
{ mx2Ov u
IMedia CreateMedia(); Maiy d
} a]I~.$G
s-l3_210
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: C"h7'+Kw
public class MP3Factory:IMediaFactory [-#q'S
{ n+Ng7
public IMedia CreateMedia() !B#tJD
{ UXHtmi|_:
return new MP3(); m`@~ZIa?>B
} ',6d0>4*
} xQqZi b5I
//其它工厂略; SQJ4}w>i
#*}cc
public class RMFactory:IMediaFactory RggZ'.\
{ :~,V+2e
public IMedia CreateMedia() !Jaj2mS.N
{ (~:ip)v
return new RM(); .5#+)] l
} tYUo;V
} .B6mvb\
//其它工厂略; !1bATO:x
+1Rz +
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 e&9v`8}
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: Js9EsN%
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) _wZr`E)
{ h<BTu7a`r
IMediaFactory factory = null; -TyBb]
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) hWr}Uui
{ m;u :_4
//音频媒体 s 8lfW6
case ("mp3"): asYUb&Hz88
factory = new MP3Factory(); _^F%$K6
break; =jRC4]M})
//视频媒体 (abtCuZ8z
case ("rm"): >i2WYT
factory = new RMFactory();
8oJp_sw
break; biHZyUJ
//其他类型略; BM02k\%
} :)k|Onz
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3+I"Dm,
player.Play(factory.CreateMedia()); Ys@\~?ym+
} e~$aJO@B.R
B)&z% +
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 0-Wv$o[
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: Qmj%otSg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) #23($CSE
{ j|y"Lcq
IMediaFactory factory = null; Kr%O}<"
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) VQ4rEO=t
{ RM!VAFH
case ("mp3"): WAb@d=H{+>
factory = new MP3Factory(); }\EHZ
break; ^
}|$_
//其他类型略; !7Z?VEZ
case ("rm"): .[vYT.LE
factory = new RMFactory(); Z7dV y8J
break; )oMMDHw\
//其他类型略; ODPWFdRar
} G5$YXNV
IMedia media = factory.CreateMedia(); ezr'"1Ba}
media.Play(); >NBwtF>
} }A7]bd
Gq.fQ_oOb
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 }<H0CcG
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Bvz&
p)(
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ZJ|&t
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: <{k8 K6
Xm^/t#
<appSettings> o 0H.DeP
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> hKN/&P^
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ajD/)9S
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> !l1jQq_mK
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> }9Awv#+
</appSettings> j$khGR!
6b h.5|
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: e|.a%,Dcy
private void InitMediaType() * l-F
{ l gTw>r
cbbMediaType.Items.Clear(); n`|CDKb
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ?4lEHef
{ bU_P@GKB
cbbMediaType.Item.Add(key); S| l%JM^
} x7c#kU2A&Z
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; #h2 qrX&+
} .&n;S';"
^xF-IA#ZeB
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *Q,9 [k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) lC=T{rR
{ 8"J6(KS
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 1tFx
Z#(G
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); u!I=|1s
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; O3(H_(P
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Ly`FU)
factoryDllName).Unwrap(); qUG)+~g`
IMedia media = factory.CreateMedia(); Z(o]8*;Ai
media.Play(); DM*u;t{i
} a O(&<
|=s jGf
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。 b@)nB
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: p/Lk'h~
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Yq-7!
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!