面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) 4`mF6%UC
AECaX4h+_
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。 "Yu';&
一、传统过程化设计思想 NEG&zf
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: CF?TW
public class MediaPlayer ,*Z:a4
{ g9F4nExo
private void PlayMp3() V\(p6:1(6K
{ Wk"\aoX"E
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _x ;fTW0
} )5(Ko<"
9q=\_[\[
private void PlayWav() UPI'O %
{ D^%DYp
MessageBox.Show("Play the wav file.");
P)$q
} !e"TWO*X
QTNE.n<?
public void Play(string audioType) aC#8%Spj
{ DKGZm<G>
switch (audioType.ToLower()) 9:l@8^_o
{ ^%:syg_RM[
case ("mp3"): ==z,vxr
PlayMp3(); ;:)?@IuSy
break; &InMI#0mV
case ("wav"): 9 yE
PlayWav(); gU^2;C
break; u(`,7 o "
} O)4P)KAO<
} !ufSO9eDx"
} STxreW1
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 (Z72 3)
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 AX= 4{b'
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! kroO~(\
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 iA[WDB\|0
二、面向对象设计思想 Ef2#}%>
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! o/U"'FP
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ~YX!49XfHh
public class MP3 &xGcxFd
{ Q41eYzAi
public void Play() Nhm)bdv]
{ YdI&OzaroE
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); qU) pBA
} Q]u*Oels
} z'FJx2
6*:mc
public class WAV \?9{H6<=
{ @4Ox$M
public void Play() /4f4H?A -
{ l]GUQcN=
MessageBox.Show("Play the wav file."); ?z2k74&M^
} Rf~? u)h1
} G2{.Ew
X~Yj#@
Public class MediaPlayer 'Wn2+pd
{ @]EJbiGv
switch (audioType.ToLower()) 6,*o;<k[
{ iB:](Md'r
case ("mp3"): F5#P{zk|
MP3 m = new MP3(); 9Fkzt=(E~
m.Play(); :&/b}b!)AX
break; y^SDt3Am
case ("wav"): V+M=@Pvp9
WAV w = new WAV(); #!WD1a?L
w.Play(); pd[?TyVK;
break; kdX]Afyj
} {I2qnTN_a
} 5V^+;eO
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。 \Q5Jg
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) C(^IX"9 #
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。 jd&kak
public class AudioMedia MMI7FlfY
{ Xyrf$R'
public void Play() Y;L,}/[
{ `V;vvHP A
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); UUlrfur~
} j0LA
} YMSA[hm
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 BpGK`0H
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: \*C}[D
public abstract class AudioMedia z8ox#+l
{ Xiyh3/%yy
public abstract void Play(); jE!W&0
} Q+O3Wgjy
!H5r+%Oo|
public class MP3:AudioMedia Y-.pslg
{ w<3g1n7R
public override void Play() vPV=K+1
{ q0oNRAvn"
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 1i.t^PY
} <R6$ kom`
} Rw54`_kFEB
t/= xY'7
public class WAV:AudioMedia UY_'F5X
{ !1:364
public override void Play() +{$NN
{ Dt9[uyP&
MessageBox.Show("Play the wav file."); azj:Hru&t#
} BtSl%(w
} c&+p{hH+
X\I"%6$
public class MediaPlayer drJ<&1O
{ Uv(THxVh
//根据需要完成任务的单向分派 SLa\F
public void Play(AudioMedia media) 2xchjU-
{ %D(%
lh2
media.Play(); oM=Ltxv}
} xJvM
l`2;
} QT5,_+ho
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)。 K#B)@W?9
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。 M-Az2x;6
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: <fJ*{$[p
public abstract class VideoMedia JVzU'd;1!
{ ]"3(UKx
public abstract void Play(); @bN`+DC!<
} H$
!78/f
fNVNx~E
public class RM:VideoMedia O6LuFT.
{ D3^Yc:[_@
public override void Play() f?iQ0wv)
{ 2qb,bp1$
MessageBox.Show("Play the rm file."); ;xnJ+$//U
} kp~@Ub
@O3
} wX3x.@!:
Z;^UY\&X
public class MPEG:VideoMedia Z2yZz:.'
{ "]%.%$
public override void Play() X]?qns7
{ 6$}hb|j
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 1k5o?'3&
} D(MolsKc?
} 26YY1T\B)
`&.]>H)N*
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 AeqxH1 %
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: ,= ;d<O8
o%+8.Tx6wT
public interface IMedia O\64)V
0
{ YQzs0t ,
void Play(); D&0@k'
} Y7{9C*>
I/ pv0
public abstract class AudioMedia:IMedia K<HF!YU#I2
{ \X5>HPB
public abstract void Play(); Nw`}iR0i
} y/>]6Pj
v2>.+Eh#
public abstract class VideoMedia:IMedia pPUv8, %
{ :nuMakZZ
public abstract void Play(); Yg5m=Lis
} {iGk~qN
niZ/yW{w
这样再更改MediaPlayer类的代码: @$R[Js%MuO
public class MediaPlayer 9rr"q5[
{ dMAd-q5{
public void Play(IMedia media) C.r9)#G
{ "#T3l^@
media.Play(); 1C [j:Ly/
} ~.;S>o[
} tL?nO#Qx
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 #x"dWi(
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。 #]ZOi`;
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。 =='~g~
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 7l"N%e
{ Zh?1+Sz&
IMedia media = null; . Q3GA0O
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i^[yGXtW
{ ,Db+c3
case ("mp3"): ,t4g^67R{
media = new MP3(); Sri,sZv
break; 7/.- dfEK
//其它类型略; <<@vy{*Hg
case ("rm"): eMPkk=V
media = new RM(); gl/n*s#r_
break; *5$$C&@o9
//其它类型略; M<t>jM@'A#
} ,LjB%f[
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); xP<cF
player.Play(media); {/]Ks8`Dm
} f
n9[Li
q' };.tv
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 |Uz?i7z
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。 \Uun2.K
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。 gkdd#Nrk
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。 4qtjP8Zv[
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: 6Sh0%Fs
public interface IMediaFactory &j}\ZD
{ M6E.!Cs
IMedia CreateMedia(); @Oe!*|?mS
} Py$*c
5gP#V
K
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: `nA_WS
public class MP3Factory:IMediaFactory a9=,P
{ r2A(GUz
public IMedia CreateMedia() m2[q*k]AtS
{ v~>^c1:
return new MP3(); =F2e*?a3
} 41y}n{4n8
} k'uN2m
//其它工厂略; 5_U3Fs
,bRvj8"M
public class RMFactory:IMediaFactory _5I" %E;S
{ ,^MA,"8
public IMedia CreateMedia() gd>Op
{ e-;$Iv
return new RM(); 7<V(lX.{
} eR.ucTji
} m|<j9.iJ
//其它工厂略; Km2ppGLNn
X%7Y\|
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。 >jjuWO3T
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: @DYx xM-
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f $MVgX
{ <>,V>k|
IMediaFactory factory = null; eiB5 8b3
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mA:NAV$!s
{ `X8AM=
//音频媒体 O/M\Q
case ("mp3"): wrq0fHwM
factory = new MP3Factory(); D T^3K5
break; Ilvz@=
//视频媒体 *V(TNLIh;
case ("rm"): LGq}wxq
factory = new RMFactory(); EJ P##eGx
break; :UmY|=v?t
//其他类型略; ye1kI~LO(
} L 0kK' n?
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); nfck3h
player.Play(factory.CreateMedia()); p(UUH3%W
} CMa ~BOt #
gCAWRNp
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。 aF4vNUeG
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: ^y"Rdv
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }YHoWYR
{ z5Hz-.
IMediaFactory factory = null; Two$wL/
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) g:MpN^l
{ ot P7;l
case ("mp3"): `As.1@
factory = new MP3Factory(); 4J*%$Vxv
break; 5-O[(b2O
//其他类型略; GkjTE2I3
case ("rm"): -p =b5L
factory = new RMFactory(); SEQ
bw](ss
break; {q%&~
//其他类型略;
QSf{V(fs
} I3o6ym-i
IMedia media = factory.CreateMedia(); S/pTFlptCa
media.Play(); "YD<pRVB
} :%qJ AjR&
1lu_<?O
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。 P
X?!R4S
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。 :|xV}
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。 lqe;lWC0Z
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: rJK3;d? E
6&