面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) )W1tBi
H;.${u^lhd
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 n
9X:s?B/
一、传统过程化设计思想 Op2@En|d
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: #5b}"xK{
public class MediaPlayer 9nrmz>es|-
{ Z>)M{25
private void PlayMp3() g&<3Kl
{ ,VdNP
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); e[
9
} c> }fy
(0W)Jd[
private void PlayWav() 9yrSCDu00
{ e"@Ag:r@a
MessageBox.Show("Play the wav file."); Un.u{$po
} W#@Mx
V9dJNt'Ui
public void Play(string audioType) 5_\+8A*
{ V9%!B3Sb
switch (audioType.ToLower()) jM%8h$&E
{ -Y=o
case ("mp3"): Qf:#{~/
PlayMp3(); #i1z&b#@
break; yy( .|
case ("wav"): a2!;$B%
PlayWav(); CL)*cu6zG
break; N" =$S|Gs
} &4R-5i2a
} ]QJWqY
} (G<fvl!~
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。 1@"os[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。 alV{| Vf[6
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! WnkI 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。 \]y /EOT
二、面向对象设计思想 =)Z~w`
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! $[1J[eY*
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: s-"oT=
public class MP3 |q+dTy_n
{ |[B JZ
public void Play() 8uD%
{ f(Uo?_as
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ];63QJU
} RAUD8Z
} ~M?^T$5
x3L0;:Fx8P
public class WAV .2v)x
{ *<"#1H/q
public void Play() GJo`9
{ oT}-i [=}
MessageBox.Show("Play the wav file."); :% m56
} }xG~a=,
} y|Vwy4tK9
PC55A1(T
Public class MediaPlayer 'irHpN6n
{ nKu)j3o`
switch (audioType.ToLower()) Vu1swq)l
{ 1 LUvs~Qu
case ("mp3"): @5:#J!
MP3 m = new MP3(); }*>xSb1
m.Play(); 3Q\k!$zq
break; >9i%Yuy](
case ("wav"): l/6$BPU`
WAV w = new WAV(); e]k\dj;,^%
w.Play(); ,E3Ze*(U
break; ^EFVjGM
} tYST&5Kh~
} |Zm'! -_
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 JuM4Njz|
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) [+.P'6/[$R
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。 }h=}!R'm
public class AudioMedia >Nr~7s
{ 9JBVG~m+
public void Play() \F5d
p
{ &++tp5
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); trm-&e7q?;
} 7:Be.(a
} x$+g/7*
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 :211T&B%A_
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 5JggU
public abstract class AudioMedia <F6LC_
{ DNmP> ~
public abstract void Play(); (*Fb/
} 2'T uS?
Zv^n
public class MP3:AudioMedia =Yt)b/0b9
{ hreG5g9{
public override void Play() mh"9V5T
{ qku}cWD9/_
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); -kkpEw\
} _<m yM2z
} yDmx)^En
''3b[<
public class WAV:AudioMedia dk[MT'DV
{ aYrbB#
public override void Play() 6)j/"9oY
{ o%_Hmd;_'
MessageBox.Show("Play the wav file."); a=&{B'^G
} Uf\,U8U B
} \@F~4,VT
|Q*OA
public class MediaPlayer HBiUp$(mB
{ nz_1Fu>g|
//根据需要完成任务的单向分派 ,f)#&}x*2+
public void Play(AudioMedia media) 0jmPj
{ Ro:)N:C
media.Play(); vH)V\V
} `Ti?hQm/
} ujan2'YT
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)。 =QJI_veUG`
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。 /?_5!3K J
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: >NMq^J'/
public abstract class VideoMedia Gm.2!F=R4A
{ cZl/8?dj}
public abstract void Play(); linvK.Lf
} }
3JOC!;;
>`o;hTS
public class RM:VideoMedia #2*6esP
{ w7`09oJm
public override void Play() WNcJ710k27
{ %Gc)$z/Wd
MessageBox.Show("Play the rm file."); 0$:jZ/._
} (pT7m
} r9y(j
z
5Zy%Nam'gN
public class MPEG:VideoMedia AZf$XHP2
{ +XoY@|Djd
public override void Play() =kDh: &u%
{ qi=v}bp&
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); eYD -8*
} ^j *H
} wS @-EcCB
H-/w8_} KG
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 [I2vg<my
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: YLehY
T))F
r:
public interface IMedia K6G+sBw[
{ Qa@]
sWcM
void Play(); x03@} M1
} =BroH\
2 i97
public abstract class AudioMedia:IMedia <}('w/
{ b/6!>qMMk%
public abstract void Play(); 4o,G[Cf_
} vTq
[Xe"
kAnK1W>
public abstract class VideoMedia:IMedia 9`T2
{ qLa6c2o,
public abstract void Play(); Bh5z4
} 2f0qfF
,HECHA_"
这样再更改MediaPlayer类的代码: a2SXg A
public class MediaPlayer +V9<ug6T
{ PS'SI X
public void Play(IMedia media) -W.bOr
{ Wo+^R%K'4
media.Play(); LtVIvZie
} )JXy>q#
} ~=k?ea/>
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q"$C)o
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。 xM2UwTpW
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。 (g3@3.Kk)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5j>olz=n}
{
/33m6+
IMedia media = null; }II)<g'
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) SmCtwcB1
{ &h'NC%"v
case ("mp3"): q"Th\? }%
media = new MP3(); 5 nS}h76mZ
break; H{I,m-
//其它类型略; Y[.f`Ei2
case ("rm"): o|Kd\<rY
media = new RM(); bA02)?L
break; "] [u
//其它类型略; pz ~REsx
} Hd89./v`:
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); NEW0dF&)
player.Play(media); qx";G
} t-?#x
w"
,ab j
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 p@[n(?duC.
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。 +Y"HbNz
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。 ra}t#Xt`
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。 #8r1<`']!
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: )(-aw,iK
public interface IMediaFactory 1a_;(T
{ -7(,*1Tk
IMedia CreateMedia(); c_Jcy
} 1{.5X8y1x
Y{g[LG`U
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!d=aGY0-
public class MP3Factory:IMediaFactory .tA=5QY,
{ NKMVp/66D
public IMedia CreateMedia() L!0}&i;u~5
{ r;@"s g
return new MP3(); SlI
wLv^
} 2U&+K2
} K:b^@>XH
//其它工厂略; #+(@i|!ifo
dfWtLY
public class RMFactory:IMediaFactory bA\(oD+:
{ {Lugdf'
public IMedia CreateMedia() ?eDZ-u9)
{ &EJ/Rl
return new RM(); 52.%f+Oa
} 349BQ5ND
} ~mC>G 4y$a
//其它工厂略; IubzHf
z
LZHVvL3
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ccwz:7r
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: g4&f2D5
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) FXh*!%"*
{ 8f>v[SQ"
IMediaFactory factory = null; iM M s3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cS(=wC
{ @YbZ"Jb
//音频媒体 _V(FHjY
case ("mp3"): zuI7Px
factory = new MP3Factory(); bJ^Jmb
break; lu;gmWz
//视频媒体 %|B$y;q^3
case ("rm"): N9 TM
factory = new RMFactory(); ;^cMP1SH
break; )WsR
8tk
//其他类型略; +2g}wH)l
} ta0 ;:o?/d
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); qJ[wVNHh!
player.Play(factory.CreateMedia()); Oar%LSkPRz
} ,:%
h`P_
{hVc,\A
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。 \d-9Ndp
nf
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: *Rgl(Ba
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /Nns3oE
{ 7ea%mg\
IMediaFactory factory = null; &(h@]F!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) L~*nI d
{ 5I[6 "o0
case ("mp3"): NL &![;
factory = new MP3Factory(); %lGT|XrY
break; t(1gJZs>kX
//其他类型略; T'a&
case ("rm"): x\ 8gb#8
factory = new RMFactory(); zQoJ8i>
break; R~BFZF>:
//其他类型略; \ESNfL5
} 5MK.>3fE
IMedia media = factory.CreateMedia(); )}@Z*.HZL
media.Play(); .t.4y.
97
} ='6@^6y
3j2d&*0
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。 Ls'8
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。 R'qBG(?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。 K0Lc~n/
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: F]cc?r312
VVqpzDoXG
<appSettings> 9Us'Q{CD
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> vdd>\r)v
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> \`W8#fob
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> j43i:c;F
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> rh T!8dTk
</appSettings> Iv/h1j> H
83F]d+n
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: ,{d=<j_
private void InitMediaType() ?ZYj5[op,H
{ p+V::O&&r
cbbMediaType.Items.Clear(); \O)u' Bu
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) oI"gQFGu`u
{ f!G%$?]
cbbMediaType.Item.Add(key); ;ZTh(_7
} XsX];I{E,
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 'y7<!uo?
} ^_/gM[H.
0aGAF ]
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: eBqF@'DQ
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3935cxT1U
{ } [OEtd{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); H>wXQ5 ?W;
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); R)Dh; XA
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; o<rbC <
U
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, =z'533C
factoryDllName).Unwrap(); m Gx{Vpt
IMedia media = factory.CreateMedia(); 4MRN{W6
media.Play(); mxICQ>s
b
} 1-PFM-
A:*$r Hbzl
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。 k[\JT[Mp
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: .jl^"{@6
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 !X 0 (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!