面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) lT%o6qgT
@NNN&%
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。 3n,F5?!m
一、传统过程化设计思想 2AdV=n6Z
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: =XqmFr;h
public class MediaPlayer 9iGJYMWf
{ khyVuWN
private void PlayMp3() e\)PGjSI
{ z S^:Ng5
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 05w_/l+
} B>JRta;hj
eE7+fMP{
private void PlayWav() d^,u"Z9P
{ [5,#p$R
MessageBox.Show("Play the wav file."); `~gyq>Ik2
} o8Tt|Lxb$8
_TkiI. '
public void Play(string audioType) 2o6%P}C
{ @C?RbTHy
switch (audioType.ToLower()) l.FkX
{ 2'N%KKmJL
case ("mp3"): pWeKN`
PlayMp3(); sN;xHTY
break; -cOLgrmp
case ("wav"): S\mh{#Lpk
PlayWav(); Fd0R?d
break; lNqYpyvy*
} Z+E@B>D7A^
} MsfY|(/m
} 3g)pLW
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。 }ob#LC,
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。 oS, %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! h>q&X4-
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。 gP?pfFhG
二、面向对象设计思想 [>v.#:YM^
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! RYy_Ppn96f
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: M2{{B^*$6
public class MP3 0]fzjiaGt
{ F0qGkMs|f
public void Play() 7$Jb"s
{ A+_361KH
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); =:uK$>[
} UXvUU^k"v
} VMZ\9IwI
u%}zLwMH
public class WAV V+(1U|@~
{ "@#^/m)
public void Play() Et}S*!IS
{ %
tT L
MessageBox.Show("Play the wav file."); @l41'?m
} s#hIzt
} -XRn%4EX?
eVGO6 2|!
Public class MediaPlayer !:]CKbG
{ '1'De^%6W
switch (audioType.ToLower()) 5_ !s\ 5
{ =^\yE"a
case ("mp3"): rO[ cm}
MP3 m = new MP3(); ^ ~'&K e
m.Play(); #ue WU
break; o<cg9
case ("wav"): L7VD ZCV
WAV w = new WAV(); Lyo!}T
w.Play(); z@Pv~"
break; :7>oFz
} iI.pxo
s
} hg4 d]R,
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。 3CcCcZ9I
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) t/%{R.1MN
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。 3b{ 7Z 2
public class AudioMedia =S+*=j A
{ B8.a#@R
public void Play() =>3wI'I
{ 1*U)\vK~
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); RGg=dN
} EmG':K(
} F \0>/
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)。 RRRF/Z;))
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: ;YN`E
public abstract class AudioMedia 4*Uzomb?q
{ p+7G
public abstract void Play(); LuW>8K\
} 00SYNG!
^#( B4l!
public class MP3:AudioMedia ty ESDp%
{ u:]c
public override void Play() C GN=kQ
{ ;*u"hIl1/
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $|"Y|3&X
} ZNDn! Sj
} +}VaQ8ti4
OCW0$V6;D-
public class WAV:AudioMedia Ah2*7@U
{ tq$L* ++O
public override void Play() %plu]^Vy
{ |VX )S!
MessageBox.Show("Play the wav file."); &u+l`F^Z
} VdL*"i
} ~ECIL7,
=e)t,YVm
public class MediaPlayer pq"Z,9,F%
{ zEVQ[y6BcM
//根据需要完成任务的单向分派 zsM2R"[X
public void Play(AudioMedia media) %8O1sF
{ W{RZ@3ZY
media.Play(); 2t7P| b~V1
} "_^vQ1M]Z
} =cR"_ Z[8X
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)。 e j,)<*
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。 &2,3R}B/
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*7vmPy
public abstract class VideoMedia %g_)_ ~
{ 8KyRD1 (-R
public abstract void Play(); _jb'HP
} J5TT+FQ
a`e'HQ
public class RM:VideoMedia Wu~cy}\
{ K<rv|bJ
public override void Play() ;A6%YY
{ ,xw1B-dx
MessageBox.Show("Play the rm file."); $fCKK&Wy
} LD*XNcE
} /8#e < p
;9CbioO
public class MPEG:VideoMedia a,|Hn
{ Iq?n*P$
public override void Play() 9])Id;+91
{ ,<=gPs;x
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )2lB
} $l $p|
} $d-$dM?R5
4^Ss\$*
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。 w/z o
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: ^Ig QIN
"T$LJ1E
public interface IMedia b>-h4{B[
{ iE EP~
void Play(); t`1M}}.
} 0QP=$X
BOOb{kcg
public abstract class AudioMedia:IMedia (|\%)vH-
{ C$0rl74Wi
public abstract void Play(); 2qdc$I&$
} `?{6L#
SBy{sbx4&F
public abstract class VideoMedia:IMedia F
EUfskv
{ AGl#f\_^
public abstract void Play(); +Wl]1
c/
} uO>x"D5tZ:
7Ll?#eun
这样再更改MediaPlayer类的代码: Q45gC28x
public class MediaPlayer QQ`tSYgex
{ L+mE&
public void Play(IMedia media) 6FYL},.R
{ &OlX CxH
media.Play(); =xQPg0g
} v%r/PHw
} O>N/6Z
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。
7 }I';>QH
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。 3:O|p[2)L
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。 aGOS9
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) PR/>E60H
{ '>ASr]Q
IMedia media = null; /d+v4GIB
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) |}2/:f#Iz*
{ 2D(sA
case ("mp3"): >/Gw)K}#E
media = new MP3(); 7+88o:G9
break; {Q>4zepN!
//其它类型略; >k
==7#P
case ("rm"): cTz@ga;!mI
media = new RM(); yEMM@5W)8
break; ^*YoNd_kpN
//其它类型略; %K+hG=3O
} CIui9XNU
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); u -)ED
player.Play(media); QLU <%w:B
} 2ql)]Skg6
cuC'
o\f
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 KWxTN|>
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。 ?2_h.
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。 =;GmLi3A
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。 q %j8Js
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: {Q[ G/=mx
public interface IMediaFactory
:f:&B8
{
lI%RdA[
IMedia CreateMedia(); M3elog:M
} fK ~8h
yZ!~m3Q
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: qRgFVX+vc
public class MP3Factory:IMediaFactory w:9`R<L
{ 5VpqDL~d
public IMedia CreateMedia() =`*@OJHH
{ >0[:uu,'>
return new MP3(); ,cxe"U
} giH#t< )W
} Ie
K+
//其它工厂略; @{UUB=}9
Tay$::V
public class RMFactory:IMediaFactory ~9OZRt[&
{ ]8R@2L3s
public IMedia CreateMedia() bHcBjk.\
{ 1;KJUf[N
return new RM(); $0x+b!_l@
} *P5\T4!+d
} O8A(OfX
//其它工厂略; (,ik:j
+=Q:g,kP
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。 \D k >dE&I
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: HL]J=Gh
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) pacD7'1{
{ Pr>05lg
IMediaFactory factory = null; =fH5r_n
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) BeLqk3'/
{ +)bn}L>Rl
//音频媒体 3.Yg3&"Z
case ("mp3"): d2NFdBoI
factory = new MP3Factory(); j/Y]3RSMp
break; WVsj
//视频媒体 =L@CZ"
case ("rm"): j!kJ@l bP
factory = new RMFactory(); z R'EQ
break; }ng?Ar[
//其他类型略; T`pDjT
} `&.qHw)
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ?-%(K^y4r
player.Play(factory.CreateMedia()); 3UmkFK<
} "wcw`TsK
3s|:7
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"-Wo}"8O'
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: n_rpT.[
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9BpxbU+L;
{ /F9Dg<#a
IMediaFactory factory = null; j!NXNuy:
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @;KYvDY
{ aeI0;u
case ("mp3"): \2=I//YF
factory = new MP3Factory(); 0:71Xm
break; 0:n"A,-p
//其他类型略; "f<gZsb
case ("rm"): 2LR y/ah
factory = new RMFactory(); fVgN8b|&'
break; I^( pZ9
//其他类型略; x:4R?!M.
} 7]{t^*
IMedia media = factory.CreateMedia(); Itv cN
media.Play(); ?%su?L
} xo?'L&%
V=5S=7 Z:
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。 cr<j<#(Z}
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。 :*h1ik4t
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。 t2vm&jk
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: Y>/_A%vQU
x7<NaMK\
<appSettings> RM,aG}6M)M
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> tFc<f7k
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]LZ#[xnM7
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> R) :Xs .
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> *k; bkd4x
</appSettings> +6l#hO7h
P_0[spmFU
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: =H8FV09x}
private void InitMediaType() 1fsNQ!vQP
{ =n,1*
cbbMediaType.Items.Clear(); !W8=\:D[
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) szhSI
{ DZ\ '7%c
cbbMediaType.Item.Add(key); wu
eDedz\
} E9>z.vV
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; L fcy#3!
} B|"/bQ
7FPSBvU#/
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: )`{m |\b
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) xM!9$v
{ !4D?X\~"%
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); _b/zBFa%
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Jn d_cJ ]a
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; .tGz, z}
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, -C(Yl=
factoryDllName).Unwrap(); "_LqIW1
IMedia media = factory.CreateMedia(); ~Gmt,l!b
media.Play(); 82ixv<B
} o6;
<QFayZ$
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。 +>1?ck
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: t3?I4HQ
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 #9r}Kr=P
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!