面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) &Xav$6+Z1J
b2Hpuej
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 f1{ckHAY55
一、传统过程化设计思想 l*u@T|Fc$
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: 4jW{IGW
public class MediaPlayer *Tlv'E.M
{ 72 6y/o
private void PlayMp3() 8xX{y#
{ 2P=;r:cx
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); HHYcFoJwYN
} Kv7NCpq'
O?!"15
private void PlayWav() pDLo`F}A
{ @RP|?Xc{?
MessageBox.Show("Play the wav file."); J\*d4I<(Rt
} |H4'*NP"
}VGiT~2$
public void Play(string audioType) Uww^Sq
{
_6' g]4
switch (audioType.ToLower()) b+hY^$//
{ .<B1i
case ("mp3"): hTm}j,H
PlayMp3(); I}WJ0}R
break; rUO{-R
case ("wav"): 8f.La
PlayWav(); ?1uAY.~ZZB
break; O2e"TH3
} y)}aySQK^
} :]s] =q&]
} M@\'Y$)Y{
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。 ]@>|y2
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。 p"@|2a
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! X`b5h}c
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。 [oj"Tn(
二、面向对象设计思想 SXEiyy[7v
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! ht|r+v-
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: 7'S]
public class MP3 63HkN4D4
{ {E/TC%
public void Play() kXr%73s
{ GpL#,q Yc
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E@FenCF
} m
C Ge*V}
} 0 *\=Q$Yy
@2gMtf?<
public class WAV K5SO($
{ YSgF'qq\
public void Play() )VT/kIq-U
{ Os{qpR^<I:
MessageBox.Show("Play the wav file."); hgK=fHJk
} !UTJ) &
} >$DqG$D
`cpcO
Public class MediaPlayer ZAZCvN@5
{ B/OO$=>(
switch (audioType.ToLower()) V1.F`3h~
{ x8Sq+BY
case ("mp3"): G$ FBx
MP3 m = new MP3(); o3=kF
m.Play(); u$#7W>R
break; 1RA$hW@}
case ("wav"): WIm7p1U#V
WAV w = new WAV(); +QX>:z
w.Play(); y~7lug
break; TpgBS4q
} TXcKuo=
} l'QR2r7&.
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。 TeJ
`sJ
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ]B4mm__
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。 UD{/L"GG
public class AudioMedia Ao T 7sy7
{ L])w-
public void Play() jhv1 D'>6
{ EcIQ20Z_-
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); M>@R=f
} W1Qc1T8
} $4
Uy3C+6
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 !\1 W*6U8;
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: Oq6n.:8g"
public abstract class AudioMedia .h,xBT`}Ji
{ KU,w9<~i(
public abstract void Play(); rzDJH:W{2
} 09Y?!,
|@.<}/
public class MP3:AudioMedia moR2iyO_
{ Ib!rf:
public override void Play() RWFf-VA?
{ 7-I>53@
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); VU9P\|c@<
} K/`RZ!
} z :v, Vu
Cg pT(E\E
public class WAV:AudioMedia f)Q]{ cb6
{ r z{ 'X d
public override void Play() ?(yFwR,(
{ ]0 RX o3
MessageBox.Show("Play the wav file."); Hs=N0Sk]j
} aa8Qslm
} ~aAJn IO
Y,btL'[W
public class MediaPlayer f<Tz#w&6W
{ JWHt|zBg
//根据需要完成任务的单向分派 3^>a TU<Z
public void Play(AudioMedia media) od*Z$Hb>'
{ A(OfG&!
media.Play(); uz3pc;0LPY
} d~-p;i
} *)1Vs'!-
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)。 Wxau]uix
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。 [P=[hj;
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: g)qnjeSs]
public abstract class VideoMedia ^85n9a?8
{ orH0M!OtS!
public abstract void Play(); ApYud?0b
} x ;,xd
d`uO7jlm
public class RM:VideoMedia v9m;vWp
{ Tw;qY
public override void Play() WwtE=od
{ |qcFmy
MessageBox.Show("Play the rm file."); 2BX GVo
} P<!$A
} (%y c5+f!
!]+Z%ed`%
public class MPEG:VideoMedia V}fKV6 v9
{ > '
0 ][~
public override void Play() AAq=,=:R<
{ F(9
Y/UXH
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); .*-w UBr
} _iJXp0g
} dyiEK)$h
"C.7;Rvkp>
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。 [Am`5&J
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: |( 9#vt#
[Cj)@OC
public interface IMedia ?7MwTi8{F
{ )9L pX
void Play(); F4E3c4
81
} lkH;N<U
uk[< 6oxz
public abstract class AudioMedia:IMedia nIQ&gbfO
{ 2?- 07 g
public abstract void Play(); z<%g
#bo
} w&yGYHg
"lz[zFnO
public abstract class VideoMedia:IMedia cPsn]U
{ '&:1?i)
public abstract void Play(); {XD/8m(hN|
} 2FIR]@MQd
=lC;^&D-0/
这样再更改MediaPlayer类的代码: hMeqs+
public class MediaPlayer h@;)dLo0z
{ 1i /::4=
public void Play(IMedia media) nt0\q'&
{ T<+ht8&M8
media.Play(); I+"?,Ej$K
} Th^(f@.w
} N^
s!!Sbpq
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 p&sK\
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。 dG-or
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。 XQ3*
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4Kn9*V
{ mvq7G
IMedia media = null; 6Z&u
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]osx.
{ ]TBtLU3
case ("mp3"): Bug}^t{M
media = new MP3(); YYE8/\+B.
break; hkwa ""-
//其它类型略; {!}F
:~*r
case ("rm"): }\f(qw
media = new RM(); G_M:0YI@
break; QGr\I/Y
//其它类型略; ?QMclzh*-
} }#OqU#
q|
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); o"#TZB+k
player.Play(media); }B=qH7u.K
} 2:iYYRrg
|ck
ZyDA
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 & &" 'dL
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。 |O(-CDQe
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。 w}j6.r
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。
i}`_H^
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: cK[R1 ReH
public interface IMediaFactory UW hn1N
{ ,rZn`9
IMedia CreateMedia(); 5:%..e`T
} hqs $yb
sq~+1(X
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: ESD<8OR
public class MP3Factory:IMediaFactory T)(e!Xz
{ @P_C%}(<
public IMedia CreateMedia() Any Zi'
{ ?""\
return new MP3(); F_nZvv[H?
} QJ#u[hsMFp
} &nqdl+|G*
//其它工厂略; uNe}"hs
qDRNtFa
public class RMFactory:IMediaFactory -@ZzG uS(
{ )X~Pr?52?
public IMedia CreateMedia() %j*k
{ *D?((_+
return new RM(); @ /UOSU
} h4aygc
} `6Ureui2?
//其它工厂略; .-SF$U_P*a
N7*CP|?E
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。 .pM
&jni Y
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: Z
7s;F}=
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3@^>#U
{ (Qk&g"I
IMediaFactory factory = null; [,O`MU
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
!Ea&]G
{ d7"U WY^
//音频媒体 bQwdgc),s{
case ("mp3"): {sC@N![
factory = new MP3Factory(); T-9k<,>?
break; |N:MZ#};
//视频媒体 dD/t_ {h
case ("rm"): {*QvC
g?
factory = new RMFactory(); T?X^0UdJj
break; cQT1Xi
//其他类型略; >`7OcjLg
} pi`;I*f/
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); H\^VqNK"
player.Play(factory.CreateMedia()); k> b&xM!
} rIeM+h7W n
rH9uGm-*
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。 ]alh_U
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: g1ZV&X=2
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Abj97S
{ Z-(} l2\
IMediaFactory factory = null; b fp,zs
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \ Y*h
{ })@tA<+
case ("mp3"): n{dP@_>WS
factory = new MP3Factory(); [ULwzjss#L
break; 4~O6$;!|~
//其他类型略; Zc-#;/b3T
case ("rm"): GAv)QZyV$
factory = new RMFactory(); +XEjXH5K
break; 0iYP
//其他类型略; u4:\UC'
} b.#^sm//
IMedia media = factory.CreateMedia(); 8rFaW
media.Play(); =G(*gx
} `#ul,%
F9MR5O"
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。 Yeqvv
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。 xC-BqVJ%_T
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。 sNm,Fmuz:
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: oW^k7#<e}
su&t7rJ
<appSettings> #G3` p!"
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> kg<P t >
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ^8:VWJM
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ql^g~b
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> /xcJo g~F,
</appSettings> eSl]8BX_
9C_*3?6
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: eGLO!DdxZ
private void InitMediaType() U,PZMz`2j
{ k, f)2<
cbbMediaType.Items.Clear(); Bc@30KiQ^
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) re;Lg
C
{ #(6) ^ (
cbbMediaType.Item.Add(key); Z<;U:aH?}
} zI:(33)
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; "Y7+{
} {AOG"T&<
bFg*l$`5
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: t9.,/o,
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j'+ELKQ
{ A t{U~^
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); e^QVn\<c
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); @g4Shlx|
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; !\^jt%e&
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Q!yb16J
factoryDllName).Unwrap(); +'|{1gB
IMedia media = factory.CreateMedia(); RU0i#suiz
media.Play(); YZ+>\ x
} :X_CFW
\eQla8s
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。 wUoiXi09
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: Q"%QQo}}
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 e8,{|a
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!