面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT)
Yjp*T:6
'n!kqP
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。 rd4mAX6@
一、传统过程化设计思想 ' |
bHu
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: 3"iJ/Hc}9
public class MediaPlayer }i@%$Ixsn
{ &cB+la\_
private void PlayMp3()
tf?"AY4
{ K8|>" c~
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); |bv7N@?e
} \-R\xL
Z6_E/S
private void PlayWav() EMMp4KKOx+
{ CGJ>j}C
MessageBox.Show("Play the wav file."); AWz|HF#-
} yVb yw(gS
JD{AwE@Ro
public void Play(string audioType) P/doNv}iG
{ EF[I@voc
switch (audioType.ToLower()) (pkq{: Fs
{ t
gHXIr}3
case ("mp3"): X16r$~Pb
PlayMp3(); p#tbN5i[{7
break; uy
oEMT#u
case ("wav"): DjQgF=;
PlayWav(); Ue2k^a*Ww
break; T{mIkp<
} ThJ`-Ro
} ^<QF*!
} QDJe:\n
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。 +]jJ: V
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。 4+4C0/$Y
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! uE:`Fo=y
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 fd*<m8
二、面向对象设计思想 ;0]s:0WD0P
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! I vD M2q8f
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: ]ppws3*Pa
public class MP3 {^*D5
{ f^9ntos|
public void Play() d}(b!q9
{ fGMuml?[ e
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); `ls^fnJTpf
} )b;}]C
} so@wUxF
5qQ\ H}
public class WAV F@Cxjz
{ nj5Hls
public void Play() l\1_v7s
{ iE=:}"pI"
MessageBox.Show("Play the wav file."); #wP$LKk
} &xMQ
}
o
C#W
W#lt_2!j
Public class MediaPlayer fW8whN
{ rEG!A87Zz
switch (audioType.ToLower()) EawtT
{ :}p<Hq 8Z
case ("mp3"): 8I,/ysT:
MP3 m = new MP3(); X UcM~U-
m.Play(); j`ybz G^
break; tboc7Hor4
case ("wav"): 6HR^q
WAV w = new WAV(); 1i:Q
%E
F
w.Play(); dEG1[QG
break; TC^fyxq
} T +~
_D
} mM)d`br
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。 YKG}4{T
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) !S5_+.U#
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。 R\,qL-Br
public class AudioMedia 6T ,'Oz
{ w>uo-88
public void Play() ZRLS3*`
{ '?dT<w=Y&
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); w@&(=C
} AG(Gtvw
} wl:[Ad
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)。 1h#UM6
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: MgUjB~)Y
public abstract class AudioMedia $7'KcG
{ G>w+J'7
public abstract void Play(); p| o?nI
} L#9g ~>~
T6N~L~J
public class MP3:AudioMedia `CF.-Vl3J#
{ +o^sm '$
public override void Play() UJhUb)}^
{ 'NDDj0Y
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); M5<cHE
} .[8g6:>
} u$V8fus0
nh?~S`
public class WAV:AudioMedia fMZzR|_18
{ [3fmhc
public override void Play() l~*D
jr~
{ N/i {j.=
MessageBox.Show("Play the wav file."); o`<ps$yT
} z{ MO~d9
} yjj)+eJ(Q
(H-}z`sy/@
public class MediaPlayer ~e#QAaXD#5
{ W:* {7qJ
//根据需要完成任务的单向分派 66%4p%#b4
public void Play(AudioMedia media) wTkcR^
{ HA0Rv#p
media.Play(); {}1KI+s9\
} qjI.Sr70
} GBo'=
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)。 $3je+=ER
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 +w'He9n
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: %m?$"<q_K
public abstract class VideoMedia ]iE)8X
{ q_[V9
public abstract void Play(); Z"Byv.yq b
}
:to1%6
w!~85""
public class RM:VideoMedia &NB"[Mm:@
{ L|N[.V9
public override void Play() *nc9u"
{ $KMxq=
MessageBox.Show("Play the rm file."); ~;P>}|6Y
} 8xQjJ
} K6M_b?XekA
a<d$P*I(cH
public class MPEG:VideoMedia k$v8cE
{ 6;{E-y
public override void Play() 9 Z79
{ do&0m[x%
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); _5&LV2
} *Ph@XkhU
} UcxMA%Pw7$
x3]y*6
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。 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: hR(p{$-T
unN=yeut
public interface IMedia .Mu]uQUF
{ F=l. 2t*9
void Play(); 32Jl|@8,g
} S1G3xY$0
mj_V6`m4
public abstract class AudioMedia:IMedia 6V^KOG
{ oES4X{,
public abstract void Play(); mH)th7
} z;+LU6V
{H[3[
public abstract class VideoMedia:IMedia "?SR+;Y:q
{ sad[(|
public abstract void Play(); :Co+haW
} )3A%Un#B
6 Z7J<0
这样再更改MediaPlayer类的代码: Z&Ao;=Gp1
public class MediaPlayer A!.* eIV|
{ xA {1XS}
public void Play(IMedia media) )!jX$bK
{ <Z^qBM
media.Play(); ztHEXM.
} ~zD*=h2C
} :Yy8Ie#
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (043G[H'.
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。 F,>-+~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。 Dh~Z8!*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) tj;<EaM
{ ' &j]~m
IMedia media = null; 5_~QS
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) rtY4B~_
{ bdz&"\$X
case ("mp3"): ~u+|NtF
media = new MP3(); #uHl
break; EaXDY<
//其它类型略; ug.'OR
case ("rm"): os~}5QJ
media = new RM(); %x zgTZ
break; kF o&!
//其它类型略; @#W$7Gwf0
} 8bP4
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); CKgbb4;<m[
player.Play(media); -|x YT+?%
} 3&ES?MyB#
IQA<xqX
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 *, RxOz2=
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 **L3T3$)
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。 * Qe{CE
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。 [[8.Xb
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: sksop4gu5
public interface IMediaFactory elzKtVw
{ `UH 1B/
IMedia CreateMedia(); X"p p l7o
} P|{Et=R`1
`p{,C`g,R
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: GYM6 `
public class MP3Factory:IMediaFactory >h<bYk "9Q
{ Isna
KcLM
public IMedia CreateMedia() z3>oUq{
{ %zA$+eT
return new MP3(); y.m;4((
} S+Vsy(
} {%Ujp9i
//其它工厂略; I'%(f@u~
Q1(6U6L
public class RMFactory:IMediaFactory Vuu_Sd
{ iJD_qhd7
public IMedia CreateMedia() 6*r3T:u3
{ Q($aN-
return new RM(); 2lm{: tS
} *N|s+
} Gaxa~?ek
//其它工厂略;
a{%]X(';
!ii'hwFm$
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。 b/dyH
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: Jb4A!g5C
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jQ[M4)>_k`
{ Wr+1G 8
IMediaFactory factory = null; RIQw+RG>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Ul?92
{ 2r~&+0sBP
//音频媒体 =-GHs$u%f
case ("mp3"): *zR
factory = new MP3Factory(); YDMimis\H5
break; baVSQtda
//视频媒体 J)xc mK
case ("rm"): l-mf~{
factory = new RMFactory(); <DjFMTCN
break; OK"B`*
//其他类型略; P Zc{wbjp&
} \d)~. 2$G*
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j/9Uf|z-_
player.Play(factory.CreateMedia()); u/8urxpy
} :x<'>)6
kW=GFj)L
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。 r+WY7'c
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: 1~#2AdG
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o>' 1ct
{ ]{<`W5b/
IMediaFactory factory = null; +5BhC9=b
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0{GpO6!
{ '9#O#I&J
case ("mp3"): 3_]<H<w
factory = new MP3Factory(); g@jAIy]
break; P5*~Wi`
//其他类型略; Ydr/ T/1
case ("rm"): xE4iey@\}
factory = new RMFactory(); eHjn<@
break; ~yvOR`2Gg
//其他类型略; i@C$O.m(
} '~ {x n
IMedia media = factory.CreateMedia(); Lz9t9AoB
media.Play(); Q< q&a8~
} "x*5g*k
oT\u^WU
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 -b4#/q+bb+
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 LJ|2=lI+jb
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 e:~r_,K
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: iJ rF$Xw
!L#>wlX)
<appSettings> 9w=GB?/
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> -&ic%0|f
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> oVLgH B\zL
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> URodvyD
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> t
TAqln|
</appSettings> jB17]OCN
H-sJt:
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: 1.Ximom
private void InitMediaType() #iOoi9(
{ BF_R8H,<%
cbbMediaType.Items.Clear(); :|:Disg
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -H3tBEvoI
{ (,gpR4O[
cbbMediaType.Item.Add(key); R{5xb
} v){&g5djl
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Qw ukhD7
} &O