面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) PXx:JZsju
Ue=Je~Ri;9
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。 +=V[7^K;
一、传统过程化设计思想 vGX}zzto
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: $$5E+UDOs
public class MediaPlayer Ik\n/EE
{ Z]QpH<Z
private void PlayMp3() '&;s32']}
{ ^?~WIS
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); xnR;#Yc
} y37c&XYq
NKSK+ll2
private void PlayWav() ;UAi>//#
{ gfW_S&&q
MessageBox.Show("Play the wav file."); UGb<&)
} 1Mtm?3Pt
eXYf"hU,
public void Play(string audioType) N,4. %|1
{ UyUz_6J
switch (audioType.ToLower()) }g9g]\.!a
{ *6`};ASK
case ("mp3"): :;g7T -_q
PlayMp3(); 5fT"`FL?
break; 4%GwCEnS
case ("wav"): ;usR=i36b
PlayWav(); `q$a
p$?
break; +W7#G `>
} <b,oF]+;z
} =-m"y~{>3
} "C/X#y
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。 &Rp/y%9
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。 hHsN(v
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! X1C
&;5
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。 ]_EJ "'x
二、面向对象设计思想 \,ko'48@
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! JS^QfT,zE
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: ceUhCb
public class MP3 v\3
\n3[u
{ ,8`CsY^1
public void Play() ;S5J"1)O~
{ +@"Ls P
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e*!0|#-
} g.wDg
} Ifu[L&U
L>>RboR}
public class WAV sA|!b.q
{ {@7xOOAw
public void Play() ~85>.o2RDW
{ xe&w.aBI>
MessageBox.Show("Play the wav file."); t9\}!{<s
} DfsPg':z
} QSNPraT
QEQ/
Public class MediaPlayer ng6".u9
{ JP1XH k
switch (audioType.ToLower()) 51Q m2,P1^
{ Q|7$SS6$
case ("mp3"): ?lPyapA]
MP3 m = new MP3(); {u(( y D
m.Play(); TCL XO0
break; 8-u #<D .
case ("wav"): B4MrrW4=
WAV w = new WAV(); U ID0|+%Y
w.Play(); lvd`_+P$
break; {y%cTuC=
} '5r\o8RjN
} 3Jh!YzI8
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。 l8~s#:v6X
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) %Ek!3t
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。 Q nTKo&|9
public class AudioMedia 4Nl3"@<$
{ "sU jJ|
public void Play() dZ,IXA yB
{ wsEOcaie
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); &`%J1[dy
} bn#'o(Lp
} sJ{J@/5
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)。 \n>7T*iM&
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: WdZ_^
public abstract class AudioMedia @QO^3%b8
{ hQ@E2 Xsv
public abstract void Play(); V]5MIiNl
} oiTSpd-
A:4?Jd>
public class MP3:AudioMedia xS+!/pBf"Y
{ %5ovW<E:
public override void Play() WS6;ad;|
{ BS|$-i5L
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); V)Sw\tS6g
} 7SJbrOL4Q-
} )&s9QBo{b
I&wJK'GM`
public class WAV:AudioMedia ?ocBRla
{ ]R*h3U@5#K
public override void Play() !!+LFe4su
{ WYm<_1
MessageBox.Show("Play the wav file."); {l9g YA
} "8iIOeY-\
} P}=U
#AV4
'>k1h.i
public class MediaPlayer yXT.]%)
{ }B ?_>0
//根据需要完成任务的单向分派 .x'?&7#(
public void Play(AudioMedia media) u\q(v D.
{ Vj[hT~{f
media.Play(); 'mTQ=1
} _ -|+k
} vyvb-oz;u
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)。 L]*5cH
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。 G$[Hm\V
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: )8`i%2i=
public abstract class VideoMedia -)Hc^'.
{ {_R{gpj'
public abstract void Play(); Ei4Iv#Oi`
} ( _3QZ
^6QzaC3
public class RM:VideoMedia OK(xG3T
{ ~X(2F#{<{
public override void Play() ~~3*o
{ :(YFIW`59
MessageBox.Show("Play the rm file."); 4YgO1}%G
} UCo`l~K)qg
} Z]XjN@j"
{8"Uxj_6V
public class MPEG:VideoMedia >zfFvx_q
{ 3/ '5#$
public override void Play() '<U4D
{ pv,z$3Q
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); *RmD%[f
} =wMq!mBd
} &S39SV
I23"DBR3
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。 Gc_KS'K@$
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: uN=f(-"
v ty:@?3\
public interface IMedia .cz7jD
{ wpD}#LRfm
void Play(); eExI3"|Q
} *z^Au7,&
Pa'N)s<
public abstract class AudioMedia:IMedia SmUiH9qNd,
{ QYEGiT
public abstract void Play(); K!8l!FFl
} pf&U$oR4
N%S|Ey@f
public abstract class VideoMedia:IMedia bPIo9clq
{ 9
^=kt 2[
public abstract void Play(); 8Oa+,?<0x
} @<yY Mo7
40O@a:q*
这样再更改MediaPlayer类的代码: q2U?EP{8~
public class MediaPlayer hh[x(O)TC~
{ `{NbMc\
]
public void Play(IMedia media) ]:}7-;$V
{ iD<}r?Z
media.Play(); !ScEA=
} p}e| E!
} OBf$Z"i
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 X/Ii}X/p
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。 qIxe)+.
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。 ,<$rSvMfg
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IP^1ca#<
{ 5cb8=W-
IMedia media = null; %{jL+4veoL
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) nG$+9}\UlP
{ )<$<9!L4x
case ("mp3"): <Ira~N
media = new MP3(); "jf_xZ$H-
break; to?={@$]
//其它类型略; 3bT?4
case ("rm"): r::0\{{r"p
media = new RM(); [OS&eK 8
break; LfJMSscfv
//其它类型略; S0ReT*I
} eH~T PH
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rP#&WSLVj
player.Play(media); </b_Rar
} %pLqX61t=
S263h(H
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (+}44Ldt
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。 PbfgWGr
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*3\xg
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。 kG5Uc83#G
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: "-\8Y>E
public interface IMediaFactory CSH*^nk':O
{ !b$]D?=}
IMedia CreateMedia(); @ +a}O
} -;Te+E_
&x$ps
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: ZH`(n5
public class MP3Factory:IMediaFactory 6Ilj7m*
{ >>cL"m
public IMedia CreateMedia() j=c< Lo`
{ $W9dUR0
return new MP3(); ZiRCiQ/?
} k"6v& O
} ?J-D6;
//其它工厂略; \YHl(
AW'$5NF>
public class RMFactory:IMediaFactory Gzwb<e
y
{ .*Bd'\:F/q
public IMedia CreateMedia() {Es1bO
{ >U(E
\`9D
return new RM(); {;Oj
} oi8M6l
} U;*O7K=P
//其它工厂略; ce*?crOV
s#(7D3Pr#
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。 L* ScSxw
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: p.H`lbVY
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $j\jT
{ ["e;8H[K)%
IMediaFactory factory = null; 5=Y(.}6
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) E(&zH;?_
{ .KtK<Ps[S
//音频媒体 wL}X~Xa3i
case ("mp3"): D={$l'y9p
factory = new MP3Factory(); ],vid1E
break; ~6+Um_A_L
//视频媒体 c:+UC
case ("rm"): H%Z;Yt8^gt
factory = new RMFactory(); HBs
6:[q
break; qIB2eCXw
//其他类型略; FEX67A8/;
} ;9q$eK%d
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W@i|=xS?
player.Play(factory.CreateMedia()); MO|Pv j~[
} 0#ON}l)>
1bHQB$%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。 {:KPEN
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: tgHN\@yj
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) $e.Bz`
{ 0_,un^
IMediaFactory factory = null; {bG. X?b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) :&LV^A
{ rbs&A{i
case ("mp3"): uo*lW2&U
factory = new MP3Factory(); ?j)#\s2
break; rv<qze;?|
//其他类型略; Kzy9i/bL
case ("rm"): KuEM~Q=
factory = new RMFactory(); ggpa!R
break; ,Ek6X)|@
//其他类型略; WI.+9$1:P
} %IDl+_j
IMedia media = factory.CreateMedia(); !& >LLZ
media.Play(); [E"3?p
} nFe
Yv2L0bUo:
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。 >h~>7i(A
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。 wM#l`I
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。 3>=G-AH/$K
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: lE!.$L*k
:9(w~bB9$
<appSettings> _@VKWU$$
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> lQ"t#b+
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> P ?96;
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Q5u3~Q'e
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 6zi
Mf
</appSettings> Zu>CR_C
XpA|<s
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: &)|f|\yh"
private void InitMediaType() k^K%."INn
{ `6LVXDR
cbbMediaType.Items.Clear(); 3$BO=hI/-
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) NE3/>5
{ '#~Sb8
cbbMediaType.Item.Add(key); AgB$
w4
} <y"lL>JR
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; %o`Cp64`Q
} #qJ6iA6{
+vPCr&40
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: =#wE*6T9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) T+FlN-iy)
{ }:1qK67S
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); I*mBU^<9V
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); =/4}!B/
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 3M'Y'Szm
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ej&o,gX
factoryDllName).Unwrap(); LmUR@
/VQ
IMedia media = factory.CreateMedia(); ,S~A]uH'
media.Play(); 4 XGEw9`3
} AboRuHQ
`_"?$ v2F
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。 C\|HN=2eh
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: 2d<`dQY{l3
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Xob(4
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!