面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) _l?5GLl_F$
)W@H
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。 DOXRU5uP3
一、传统过程化设计思想 ~~ON!l9n
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: Hc@Z7eQ3^
public class MediaPlayer r[$Qtj Q
{ FVsNOU
private void PlayMp3() z^4\?R50yO
{ _W:
S>ij(
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); TBQ`:`g^m
} rrSA.J{
MjI}fs<
private void PlayWav() 55oLj.l^j
{
KG#|Cq
MessageBox.Show("Play the wav file."); iR#jBqXD
} ,gU9ywg
&%Hj.
public void Play(string audioType) IBVP4&}x$
{ -}UCdaQ3
switch (audioType.ToLower()) 0zpP$q$
{ ,Z%!38gGsu
case ("mp3"): [,5clR=F
PlayMp3(); -X4`,0y%{O
break; GX_Lxc_<f
case ("wav"): r _r$nl
PlayWav(); q9Y0Lk
break; UhCd,
} Smk]G))o{
} :;"3k64
} 6x@-<{L
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 d*3R0Q|#{
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ?=IbiT
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! -T{~m6
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 NUL~zb
二、面向对象设计思想 #G#gB
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! O!f* @
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 2
;B[n;Q{
public class MP3 S0=BfkHi.
{ XB;;OP12
public void Play() 73xI8
{ l}AB):<Z
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'd?8OV
} Gz *U?R-T
} dm$:xE":
kd\G>
public class WAV .yWdlq##
{ V43JY_:
public void Play() C-6+ZIk4
{ _k+Bj.L
MessageBox.Show("Play the wav file."); *rEW@06^\
} iCx'`^HnP
} Q}2w~Cn\S
vJq`l3&
Public class MediaPlayer T
|j^
{ OClY,@
switch (audioType.ToLower()) Eun%uah6c
{ q>omCk%h
case ("mp3"): |J}~a8o
MP3 m = new MP3(); 3\@6i'
m.Play(); [1vrv(u>
break; NM]6 o
case ("wav"): I3s}t$`y(
WAV w = new WAV(); -`?V8OwY]
w.Play(); F37,u|
break; \aW5V: ?
} jA]xpf6}
} v5$zz w
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。 A`r&"i OKA
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) fCVSVn"o
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。 jN {ED_
public class AudioMedia b'{D4/
{ P7Y[?='v
public void Play() .HtDcGp
{ 2C8M1^0:Z
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); $K
G?d>wx
} zR<jZwo]#
} :e9E#o
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)。 oL6_Ya
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: 3> fuH'=
public abstract class AudioMedia ja>T nfu
{ $4M3j%S
public abstract void Play(); Lq&xlW
j
} oD}I{&=wa
6a,YxR\
public class MP3:AudioMedia P2Eyqd8
{ V?rI,'F>N
public override void Play() ]JM9 ^F
{ HxM-VK '
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); g{ a0,B/j
} uIPR*9~6o
} $i`YtV
kdo)y(fn@
public class WAV:AudioMedia Z2 @&4_P
{ QDDSJ>l5_T
public override void Play() kB:R-St
{ @)0gXg
MessageBox.Show("Play the wav file."); IWQ8e$N
} DuFlN1Z
} }ps6}_FE
l:[=M:#p
public class MediaPlayer {M$8V~8D
{ N,1wfOE
//根据需要完成任务的单向分派 A6Qi^TI
public void Play(AudioMedia media) 4@Qq5kpk*
{ $H9xM
media.Play(); }Ag2c; aaq
} p*'?(o:=
} " h#=ctCx"
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)。 F`N*{at
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。 2-6-kS)c
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|/tRkDMP{
public abstract class VideoMedia lDA%M3(p
{ ~& l`"
public abstract void Play(); 3A9|{Vaz+6
} {!4%Z9G
aD:+,MZ
public class RM:VideoMedia bd9c/>&
{ 5Tu.2.)N
public override void Play() :`|,a(
{ *5NffiA}-
MessageBox.Show("Play the rm file."); St3~Y{aI|
} ,8
.`;
} dvf*w:5K!
Z~R i%XG
public class MPEG:VideoMedia O//e0?]W
{ #-`lLI:w0
public override void Play() cZ(XY}
{ "&ks83
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); g=%&p?1@E
} yqU++;6
} ^Ve^}|qPc
~Mx
fud
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。 p)ONw"sb
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: ~DD/\V
nZ*P:K t:
public interface IMedia nGt8u4gcP
{ MoA{ /{
void Play(); g,;MV7yE
} JB|I/\(A
B?M+`;
public abstract class AudioMedia:IMedia (!b:
gG
{ 6IX!9I\sT
public abstract void Play(); 7-dwr?j7
} gM*s/,;O"
Vh<`MS0X
public abstract class VideoMedia:IMedia 7~16letQ
{ a !IH-XJ2
public abstract void Play(); ZUu^==a
} W< n`[
8%4`Yj=
这样再更改MediaPlayer类的代码: jmFN*VIL
public class MediaPlayer >g[W@FhT'k
{ QJ>>&`{,
public void Play(IMedia media) *t_&im%E
{ =6sXZ"_Tw
media.Play(); s:ruCS
} aPC!M4#
} ~g{,W
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 )=D&NO67Pq
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。 _x!pMj(A
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。 w# e'K-=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AUC<
m.
{ (Ka#6
IMedia media = null; d}ZHY[
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {ZcZ\Q;6
{ -db+Y:xUZ
case ("mp3"): z)%1 i
media = new MP3(); lK4+8VZ
break; - -G1H
//其它类型略; k mjm6
case ("rm"): B /W$RcV
media = new RM(); E(@;p%:
break; FMVmH!E
//其它类型略; "7HB3?2>W
} ~laZ(Bma);
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L9T u>4
player.Play(media); :m d3@r']
} Pio^5jhB6
)hug<D *h
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 #*!$!c{
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。 OLrD4 e
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。 !A!\S/x4
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。 R%%`wmG)"
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: h uJqqC
public interface IMediaFactory CC\z_C*P-p
{ K\b O[J
IMedia CreateMedia(); q8Dwu3D
} i7rq;t<
9QMn%8=j
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: GcnY=%L?
public class MP3Factory:IMediaFactory ZkW@ |v
{ ju]]|
public IMedia CreateMedia() hptuTBD
{ PlZiTP
return new MP3(); K_QCYS.
} MbfzGYA2~
} eEQ[^i
//其它工厂略;
qR qy
yjd'{B9{
public class RMFactory:IMediaFactory (5~C
_Y
{ B$l`9!,
public IMedia CreateMedia() 9#<Og>t2y
{ 5-^%\?,x
return new RM(); 8-:k@W
} ^%&x{F.
} %K"%Qm=Tl
//其它工厂略; Jdn*?hc+
d 4]%Wdvf
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。 g5Rm!T+@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: s{e(- 7'
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %z~U@Mka
{ ^d80\PXz
IMediaFactory factory = null; :eW~nI.Vc
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) P0xLx
{ !dY:S';~
//音频媒体 bZ.N7X PH
case ("mp3"): u4@e=vWI
factory = new MP3Factory(); 6>:~?gs
break; cO,V8#H
//视频媒体 xV#a(>-4
case ("rm"): Hc]1mM
factory = new RMFactory(); rf->mk{
break; GYC&P]
//其他类型略; #OWs3$9
} @@83PJFid
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); pm]DxJ@
player.Play(factory.CreateMedia()); .KucjRI
} LUck>l\l
S |>$0P4W(
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 7E`(8i
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5L}>+js2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) V:BX"$J1
{ nud=uJ"(
IMediaFactory factory = null; \oX8/-0 f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) R: <@+z^A[
{ _-]!;0EIV
case ("mp3"): *W12Rb2
factory = new MP3Factory(); o^Yspp
break; vQ"s
//其他类型略; V<4+g/
case ("rm"): cTd;p>:>m
factory = new RMFactory(); _AYC|R|
break; kLt9;<L
//其他类型略; ;#s}b1
} liqR#<
IMedia media = factory.CreateMedia();
iN_D8dI
media.Play(); lVdT^"~3
} M~Qj'VVL
|90
+)/$4
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Xexe{h4t_>
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Pzp+I}
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 f&}A!uLe4x
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: &3Z.
#*
&4Con%YU[
<appSettings> HI\f>U
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> *fi;ZUPW3
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> sD8m<
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> NOr
<,
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" />
}{xN`pZ
</appSettings> <;cE/W}}
8A^jD(|
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: /;&+<
}
private void InitMediaType() 8ts+'65|F
{ vA"niO
cbbMediaType.Items.Clear(); \c~{o+UD-
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) knOnUU
{ rN1U.FRe/
cbbMediaType.Item.Add(key); -
SS r
} ~sIGI?5f
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; [z% ?MIT
}
xs'kO=
O R<"LTCL
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 4su_;+]
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) f{Fe+iPc
{ 'B (eMnLg
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); LuP?$~z
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); t{SMSp
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Y^6[[vaj2
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 5m^Hi}S_
factoryDllName).Unwrap(); 4b2mtLn_
IMedia media = factory.CreateMedia(); Mf:M3H%YV+
media.Play(); pAil]f6
} sQ}%7BMK
<s/<b*T
^
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。 d)0LVa(
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: (+UmUx=
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ZP6x
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!