面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) oPa oQbR(A
2YWO'PL
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。 {v=[~H>bt
一、传统过程化设计思想 N5=}0s]e
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: CPcUB4a%#
public class MediaPlayer H*3u]Ebh
{ Hmhsb2`\
private void PlayMp3() L[*cbjt[
{ MMET^SO
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Ps\4k#aOv
} W|rAn2H
GIpYx`mHi
private void PlayWav() C Q iHk
{ v*JKLA
MessageBox.Show("Play the wav file."); r1RM7y
} C\BKdx5;
7p':a)
public void Play(string audioType) US9aW)8
{ [qkW/qS
switch (audioType.ToLower()) ^z,B}Nz
{ U*sQ5uq
case ("mp3"): |r;>2b/ x
PlayMp3(); 5?
Y(FhnIC
break; <^{(?*
case ("wav"): s%Ph
PlayWav(); $J)`Ru6.
break; yW7>5r
} G^SJhdO(Q
} hH;i_("i(h
} |HY{Q1%
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 OT|0_d?bD
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Th\T$T`X$
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! >>C
S8
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。 4o@:+T:1
二、面向对象设计思想 5-({z%:P
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! lAC"7 Z?F
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: E
U RKzJk
public class MP3 B|9XqQ EI
{ Gkfzb>_V]
public void Play() 46 \!W(O~y
{ 9X33{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j%]sym
} =c&.I}^1L
} 7!Im|7Ty
*tR'K#:&g!
public class WAV OR+py.vK
{ C; U4`0=8
public void Play() 0/7.RpX,.
{ bi@'m?XwJ
MessageBox.Show("Play the wav file."); J[S!<\_!
} s)-bOZi
} sVmqx^-
x=x%F;
Public class MediaPlayer v6L]3O1
{ zO$r
switch (audioType.ToLower()) pg_H' 0R
{ H)dZ0n4T
case ("mp3"): +eLL)uk
MP3 m = new MP3(); b~YIaD[Z
m.Play(); `0q=Z],
break; #NL'r99D/o
case ("wav"): >X"\+7bw
WAV w = new WAV(); 8+Gwv
SDU
w.Play(); P (Y\l
break; V;J3lV<
} JlRNJ#h>
} JdWav!PYm
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 F1M:"-bda
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
\ Gi oSg
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 q3K}2g
public class AudioMedia ;AL:VU
{ aZtM
_
public void Play() C,LosAd
{ `P:[.hRu
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); *1_Ef).
} ,\RR@~u'
} rp[3?-fk
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 _nX8f
&
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: :c8d([)$
public abstract class AudioMedia R)isWw4
{ pNmWBp|ER
public abstract void Play(); SdnO#J}{
} +.|RH
"o_'q@.}
public class MP3:AudioMedia 42}8es.aa
{ Wa&!1'
@
public override void Play() d:#tN4y7(
{ NN5Ejr,
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); tB(~:"|8
} |pq9i)e&
} 0bIgOLP
P46Q3EE
public class WAV:AudioMedia p7r/`_'|
{ A%^7D.j
public override void Play() |z:4T%ES
{ b&LAk-}[
MessageBox.Show("Play the wav file."); S QGYH
} &,{YfAxQ`
} :rjfAe=s
/5j5\F:33
public class MediaPlayer _z 5W*..
{ -R\dg S3
//根据需要完成任务的单向分派 YV@efPy}n
public void Play(AudioMedia media) %yk_(3a
{ /m 7~-~$V
media.Play(); #reW)P>
} IvI..#EzG
} "VU/Ucb7
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 @>V;guJC%
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 (hQi {
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: DL!%Np?`
public abstract class VideoMedia 9tVV?Q@)
{ kOq8zYU|
public abstract void Play(); F qgs
S
} O7uCTB+
WY!4^<|w"
public class RM:VideoMedia ._`rh
{ HiH<'m"\.
public override void Play() 4neO$^i8J
{ ecQ,DOX|b
MessageBox.Show("Play the rm file."); CA5`uh
} =6Gn?
/{
} .uxM&|0H
%2g<zdab
public class MPEG:VideoMedia !@N?0@$/
{ C_8_sbZ/
public override void Play() 1+XM1(|c`
{ M6Np!0G
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); W g6H~x
} `.3@Ki~$#
} VO=Ibu&X
N2duhI6
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。 32%Fdz1S
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: kw]?/s`
y)CvlI
public interface IMedia u'>94Gm}
{ G
:k'm^k
void Play(); \]5I atli
} nw%`CnzT
[(5.?
public abstract class AudioMedia:IMedia v:yU+s|kN
{ l!&ik9m
public abstract void Play(); _ezRE"F5
} X:;x5'|
PoPR34]^J
public abstract class VideoMedia:IMedia #u8#<
,w
{ Y_!+Y<x7v
public abstract void Play(); $[,4Ib_|
} cy;i1#1rO
m|{^T/kIbQ
这样再更改MediaPlayer类的代码: ]S[?tn
public class MediaPlayer -`* 'p i
{ {5<fvMO!6
public void Play(IMedia media) $8%"bR;Hu
{ U$& '> %#
media.Play(); -bHlFNRm
} P~=yTW
} 'xxM0Kn`
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 H${L F.8
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 m:[I$b6AY
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。 p'2IlQ\
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2HN*j~>i~
{ 1(IZ,*i
IMedia media = null; M>p<1`t-&
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .7gh2K
{ prz COw
case ("mp3"): ~h;
media = new MP3(); 2J&~b 8 :
break; p8%qU>~+4
//其它类型略; NGl
8*Af
case ("rm"): <%S)6cw(3
media = new RM(); ; /K6U
break; _r{H)}9
//其它类型略; 0h*Le
} Nn FR;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); iKJqMES
player.Play(media); |;wc8;
} In96H`
nco.j:
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 {Fw"y %a^
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。 %N<5ST>(
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。 D~ Y6%9
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。 49&i];:%7%
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: yT@Aj;X0v
public interface IMediaFactory %(/E
`
{ [-_{3qq<e
IMedia CreateMedia(); e,e(t7c?d
} aX;>XL4
\j`0f=z_
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: [StnKQ?"wz
public class MP3Factory:IMediaFactory :.e'?a
{ W4^zKnH
public IMedia CreateMedia() g&xj(SMj-$
{ {f#QZS!E
return new MP3(); Ul_Zn
} S9Yzvq!(
} Za{O9Qc?D|
//其它工厂略; nD
BWm`kN
N<:c*X
public class RMFactory:IMediaFactory ;um)JCXz
{ @-dGZ5
public IMedia CreateMedia() mufGv%U2
{ j9>[^t3U
return new RM(); mcd{:/^?
} Ur
xiaE
} Ra|P5
//其它工厂略; ^Qx?)(@
Hh^ "c}
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。 0* F` h
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: f-|?He4O]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) paIjXaU1Mb
{ LRu,_2"
IMediaFactory factory = null; =;0-t\w!
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) L8h3kT
{ i;1pw_K
//音频媒体 MT~^wI0a
case ("mp3"): #s~;ss ,
factory = new MP3Factory(); )&1v[]%S
break; S=r0tao,!v
//视频媒体 q*
R}yt5
case ("rm"): fY&TI}Y
factory = new RMFactory(); e
n~m)r3&
break; 00 x-
//其他类型略; v-z%3x.f
} ^5E9p@d"J
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); l'(FM^8jv
player.Play(factory.CreateMedia()); 6NX#=A
} F9o7=5WAb
EU[eG^/0@
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。 ~Q_7HJ=^$
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: ?0t^7HMP
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) [=(8yUV'G
{ 3Tu]-.
IMediaFactory factory = null; W\zZ&*8$
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <8b1OdA
{ s<{ Hu0K$
case ("mp3"): +Xs E
factory = new MP3Factory(); > mO*.' Gm
break; cZBXH*-M!
//其他类型略; }8 z:L<
case ("rm"): -NJpql{Cb
factory = new RMFactory(); x\G%
break; Bn]=T
//其他类型略; E\!X$
} .1[.f}g$J
IMedia media = factory.CreateMedia(); -E?:W`!
media.Play(); F~6]II
} U&#`
<R_0
CnB[ImMs(A
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 ?\8aT"o
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 c7r(&h
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 a5#G48'X
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: `w
6Qsah
teS>t!d
<appSettings> yo#r^iAr
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> O(W"QY
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> b5|*p(7[
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> p*c(dkOe8
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> "BSY1?k{
</appSettings> 8S#$'2sT
f`Fj-<v
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: et+lL"&
private void InitMediaType() xZ {6!=4!
{ -]0:FKW
cbbMediaType.Items.Clear(); .5Y{Yme
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) (O J/u)W^
{ ltuV2.$
cbbMediaType.Item.Add(key); jz<}9Kze
} 1TQ?Fxj
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 9$$ Ijf
} ysOf=~1
W5Z-s.o
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: xK6`|/e
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) x >a h,
{ q#3T
L<
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); xH2'PEjFM
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); z~h?"'
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; h/tCve3Z
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, IQ<G.
factoryDllName).Unwrap(); HjK8y@j
IMedia media = factory.CreateMedia(); 6kp)'wz`
media.Play(); +>C26Q
} dsw^$R}
75H!i$(*+
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。 I7Kgi3
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: LIG@`
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 gWHY7rv
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!