面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) wjHzE
HVi'eNgo
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。 pmuvg6@h
一、传统过程化设计思想
~ksi</s
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: KaPAa:Q
public class MediaPlayer :flx6,7D
{ @i2E\}
private void PlayMp3() /)YNs7gR
{ ,]bhy p
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); B,?T%
} %KsEB*'"
m8A#~i .
private void PlayWav() `7c~mypx
{ %Qmn-uZ
MessageBox.Show("Play the wav file."); cr%"$1sY;
} gwLf '
#eoome2Q
public void Play(string audioType) ]O]4z,n
{ Z"/p,A9W9|
switch (audioType.ToLower()) uZNTHD
{ h
k]
N6+@
case ("mp3"): 6.sx?Y YM
PlayMp3(); i+A3~w5c
break; ~-ia+A6GIV
case ("wav"): c23oCfB>
PlayWav(); VLOO8N[o
break; }q_<_lQ
} 2M.fLQ?
} Kz~ps
5
} qraSRK5
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 gH$ Mr
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.op
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! zNs55e.rx
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。 xcd#&
二、面向对象设计思想 S=MEG+Ad
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! X3{G:H0\p
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: yQU{zY
public class MP3 WA5 kg\
{ /NLui@|R
public void Play() Xnt~]k\"
{ #jkf1"8 C
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); t>L;kRujVJ
} FtpK)9/4
} QX!-B
m,VOx7%n
public class WAV V[RF</2T
{ {:Orn%Q
public void Play() `tBgH_$M
{ y^;#&k!
MessageBox.Show("Play the wav file."); ynq}76 H0k
} 6"wlg!k8
} IoxgjUa
I5`4Al
Public class MediaPlayer L5Ebc#
{ SzAJ2:qhl
switch (audioType.ToLower()) ! +a. Ei
{ PY_u/<u
case ("mp3"): 34`'M+3
MP3 m = new MP3(); 8*W#DH!
m.Play(); XeW<B0~
break; !<j'Ea
case ("wav"): |nc@"OJ
WAV w = new WAV(); I&2c&yO
w.Play(); IshKH-
break; 'KP@W9j
} wrc,b{{[iM
} ^&B@Uw5{
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。 "7
4-4
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) @D.}\(
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。 lAS#874dE
public class AudioMedia 9Z|jxy
{ 44gPCW,u
public void Play() cA2V2S)
{ - \5v^l
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); s6H]J{1F
} ?h3Y)5x T
} 9{'N{
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)。 aAZZ8V
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: a+[RS]le
public abstract class AudioMedia HU1h8E$-
{ n3T>QgK
public abstract void Play(); ;%B(_c
} bk[U/9Z\
c'^?/$H|
public class MP3:AudioMedia wu7Lk3
{ Umz KY
public override void Play() <5-[{Q/2z
{ (iBNZ7sJ
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); aEFJ;n7m
} 68NYIyTW9
} `EEL1[:BR
q2/pNV#
public class WAV:AudioMedia c#XXp"7k2
{ !-z'2B*:^
public override void Play() 9`T)@Uj2n
{ bbtGXfI+SB
MessageBox.Show("Play the wav file."); 18)'c?^.
} +dWDxguE{w
} g%ndvdb m
yd^{tQi
public class MediaPlayer +@A
{ v6[!o<@"a
//根据需要完成任务的单向分派 c%^7!FSg
public void Play(AudioMedia media) 7G:s2432
{ 0Be<X
media.Play(); )s)I2Z+
} 6|K5!2
} Z EXc%-M
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)。 -0d0t!
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。 QMA%$
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: o906/5M
public abstract class VideoMedia bH-ub2@qO
{ }HL]yDO
public abstract void Play(); 9"@\s$
OBk
} e2L0VXbb
6}Vf\j~
public class RM:VideoMedia a Fc1|.Nm
{ .4_o>D
public override void Play() A|CmlAW~^
{ QEm|])V
MessageBox.Show("Play the rm file."); d)"3K6s|5
} 6~0$Z-);(
} !!qK=V|>
0v6)t.]s
public class MPEG:VideoMedia H;D>|q
{ pe0F0Ruy
public override void Play() @:;)~V
{ _U$<xVnP
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); efSM`!%j
} NO2XA\
} w4_ U0
n3
+ylTGSZS
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。 !5wIIS:FT
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: 'WMh8)
g6W)4cC8a
public interface IMedia jAGTD I
{ )r';lGh2#
void Play(); zUDg&-J3
} Hh%I0#
kHkpx52
public abstract class AudioMedia:IMedia osciZ'~
{ [N FFB96
public abstract void Play(); iF*:d
} Om \o#{D
-Q2, "
public abstract class VideoMedia:IMedia cy*?&~;
{ F^l[GdUosK
public abstract void Play(); 5VRYO"D:
} /xG*,YL/q
sJ\BF
这样再更改MediaPlayer类的代码: HPpR.
public class MediaPlayer 7t3X)Ah
{ |VKK#J/
public void Play(IMedia media) #w;v0&p
{ rI{=WPI&WU
media.Play(); +U:$(UV'A
} z^KJ*E
} $JS L-NkE
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w;D+y*2
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。 FK6[>(QO
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。 PEN\-*Pv
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) bf0+DvIB
{ )Z[ft
IMedia media = null; 9K/HO!z
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) m 2-Sx
{ =Xm@YVf&ZD
case ("mp3"): s.EI`*xylY
media = new MP3(); eD-#b|
break; -VZ-<\uH
//其它类型略; c~6>1w7SZ4
case ("rm"): nv ca."5 y
media = new RM(); }{M#EP8q+
break; kSC}aN'
//其它类型略; z,|r*\dw
} bAsYv*t%r
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :s=NUw_^
player.Play(media); VzBqjE_
} ,l%CX.9
AUeu1(
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <m:m &I
8@
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。 7}1~%:6
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。 ]I-Z]m"
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。 Rn#KfI:{
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: 7ByTnYe~S
public interface IMediaFactory ]&?Y~"{cD
{ 3WN`y8l
IMedia CreateMedia(); Kfm5i Q
} F8hw#!Aq
NIh:DbE
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: hZ[E7=NTQ^
public class MP3Factory:IMediaFactory MRQ.`IoS
{ _AYXc] 4%
public IMedia CreateMedia() r$5i Wu
{ .#wqXRd
return new MP3(); lT4Hn;tnN
}
rL/H2[d
} _4TH4~cY
//其它工厂略; qd+h$ "p
Z.d7U~_
public class RMFactory:IMediaFactory ekI2icD
{ - *F(7$
public IMedia CreateMedia() Kqun^"Df
{ H|,Oswk~-
return new RM();
zG+R5:
} 4!$s}V=6
} >Wh}f3C
//其它工厂略; L93l0eEt
BLN^ <X/
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ilK-?@u+
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: zs%Hb48V
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {zQS$VhXr
{ &-s'BT[PGq
IMediaFactory factory = null; O#&c6MDB:
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0ph{
{ .tkT<o-u<J
//音频媒体
pnMEB,)
case ("mp3"): b:=TB0Fx?n
factory = new MP3Factory(); rI^zB mrr
break; X_qf"|i
//视频媒体 g wz7krUTe
case ("rm"): rX*H)3F
factory = new RMFactory(); Jm|+-F@I
break; wg ^sGKN
//其他类型略; b'P eH\h{
} =PUt&`1.a
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); jlp:lX
player.Play(factory.CreateMedia()); u4m,'XR
} V I,ACj
}YjX3|8zL=
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。 >*@y8u*
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: ^BUYjq%(`
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c;{Q,"9U
{ yvgrIdEP
IMediaFactory factory = null; )Y]{HQd
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UUF;p2{f
{ ub7zA!%
case ("mp3"): 6UevpDB
factory = new MP3Factory(); *"WDb|PBb
break; @lCJ G!u
//其他类型略; ex+\nD>t4
case ("rm"): Wqc)Fv70m
factory = new RMFactory(); o]Ol8I
break; D,;\o7V
//其他类型略; MepuIh
} !icT/5
IMedia media = factory.CreateMedia(); iZPCNS"
media.Play(); V~S0hqW[
} %Rz&lh/
aaKN^fi&
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。 HQ|MhM/"
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。 ;2@BO-3K
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。 +zu(
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: m~@;~7I x
V?Z.\~
<appSettings> OS4q5;1#
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> #
S}Z8
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 7a#4tqM#
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> e?`5>& Up
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> N-jTc?mT~&
</appSettings> ET _W-
N+LL@[
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: =1O<E
private void InitMediaType() 1^_U;O:I
{ iv?gZg
cbbMediaType.Items.Clear(); k=4N(i/s
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) I&MY{f
{ a\IP12F?
cbbMediaType.Item.Add(key); * 5
|)-E
} u)3 $~m~
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 0q.Ujm=,z
} vohoLeJTj
YFE&r
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5nTY ?<x`k
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *?y+e
{
?6L&WB
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 6 `Aj%1
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); "VkTY|a
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; F^N82
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, @[#$J0qq
factoryDllName).Unwrap(); s
<
IMedia media = factory.CreateMedia(); W?0 lV5/
media.Play(); qb5#_1qz+^
} ysmNio
?pYKZg/c
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。 %STliJ
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: %|^OOU}
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
)x}l3\s
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!