面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) qYu!:xa8
&A5[C{x
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。 TNPGw!
一、传统过程化设计思想 FO'.
a
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: ZV<y=F*~f
public class MediaPlayer Ff#N|L'9_
{ fN*4(yw
private void PlayMp3() ,YMdXYu`s
{ k#=leu"I
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); E Pd.atA
} +zdq+<9X
piiQ
private void PlayWav() 98%tws`
{ A_q3p\b
MessageBox.Show("Play the wav file."); 8s5ru)
} eUw;!Du
-WW!V(~p
public void Play(string audioType) L pi_uK
{ ,cO)Sxj
switch (audioType.ToLower()) $
p1EqVu
{ 2,e|,N"zN
case ("mp3"): |xgCV@
PlayMp3(); 8H`l"
break; qyBK\WqaP
case ("wav"): )J6b:W
PlayWav(); fi4/@tV?$L
break; eP'kY(g8
} sK9h=J;F/
} -qCJwz30
} ?>\]%$5o
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。 $Q$d\Yvi
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。 vLT12v:)`
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! fm:{&(
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。 zUgkY`]:BJ
二、面向对象设计思想 k#r7&Y
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! 1]3bx N
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
public class MP3 ZE(RvPW
{ Sl<-)a:
public void Play() NCM{OAjS5U
{ N8(x),
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .Zt/e>K&
} 0JRBNh
} WT
{Cjn
Vq7
kA "
public class WAV "yq;{AGOGl
{ BMj&*p8R
public void Play() ]<_!@J6k
{ %C][E^9
MessageBox.Show("Play the wav file."); >]|^Ux,WZ
} dvWlx]'
} ?'#;Y"RT
(X7yNIPfA
Public class MediaPlayer ~u`! Gi
{ EkAqFcKLq
switch (audioType.ToLower()) yrYaKh
{ ,v5>sL
case ("mp3"): &+{xR79+&
MP3 m = new MP3(); 0|Ft0y`+
m.Play(); ?&nz
break; i@j ?<
case ("wav"): <:7e4#
WAV w = new WAV(); )ZU#19vr7
w.Play(); lz0]p
break; KIY_EE$?
}
8=Y|B5
} 43Uy<%yb>}
现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ^[z\KmUqt
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) )3\rp$]1
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。 |w]i$`3'I
public class AudioMedia &ziB#(&:H
{ 8A]q!To
public void Play() ;B7|tajd
{ "lzg@=$|)
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 5e8-?w%e
} g\nL
n#
} A"ph!* i{
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)。 kRa$jD^?
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: jtpN o~O
public abstract class AudioMedia &'2l_b
{ Z:gsguX
public abstract void Play(); Z$K%@q,10+
} "Ksd9,J\b
l>P~M50D?{
public class MP3:AudioMedia *YOnX7*Km
{ o@~gg*
public override void Play() }4`YdN
{ xT(.#9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); GuDD7~qxY
} }33Au-%*
} ;.m[&h 0
n,%^R
public class WAV:AudioMedia (P]^5D
{ V"p*Jd"w
public override void Play() B>L^XGq
{ Z{)|w=
MessageBox.Show("Play the wav file."); #!j&L6
} sJYX[
} jo:p*Q"F
bbA<Zp
public class MediaPlayer j*\MUR=
{ )p](*Z^
//根据需要完成任务的单向分派 GDe$p;#"9g
public void Play(AudioMedia media) >%A=b}VS
{ Y{{,62D
media.Play(); Du4?n8 o
} *Y>'v%
} fkG"72 95A
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 L7="! I
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 3CL:VwoW
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: RS=7W._W
public abstract class VideoMedia fP*C*4#X
{ KDzIarC
public abstract void Play(); 7cSvAX0Z.
} 0drc^rj
!
j}Mpc;XOc
public class RM:VideoMedia M/ \~
{ BNLall
public override void Play() Pl
,M>IQ
{ v3]M;Y\
MessageBox.Show("Play the rm file."); N#qoKY(#
} wOSNlbQ5jl
} O3^@" IY
9$t@Gmn
public class MPEG:VideoMedia [)KfRk?};2
{ sbb{VV`I
public override void Play() FpYoCyD}
{ I!%@|[ Ow
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); `Q[$R&\
} e=C,`&sz
} \Bf{/r5x
ON^u|*kO
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 g:V6B/M&
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 7wiu%zfa:=
eLWzd_ln
public interface IMedia ![Y$[l
{ ijT^gsLL
void Play(); IEj`:]d
} Z r*ytbt
FL}8h/
public abstract class AudioMedia:IMedia @bE?WXY
{ H$HhB8z3
public abstract void Play(); !ym5'h
} Z!6G(zz:>
~Y$1OA8
public abstract class VideoMedia:IMedia Il[WXt<S
{ $NSYQF%aO
public abstract void Play(); O5"80z38[
} VzNH%
;* Jd#O
这样再更改MediaPlayer类的代码: hy rJu{p
public class MediaPlayer pwQ."2x
{ v?t+%|dzA
public void Play(IMedia media) 0J B"@U&-
{ n%hnL$!z
media.Play(); vOU-bF%u
}
ekXHfA!i%
} :2+:(^l
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 a$-ax[:\sm
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。 pQJZE7S
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@LR!EW)
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) hHQt4 r'd
{ #=c%:{O{4R
IMedia media = null; \qPrY.-
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) \(s";@
{ 3Hr%G4
case ("mp3"): qxNV~aK
media = new MP3(); _,QUH"
break; bzTM{<]sv
//其它类型略; G"(!5+DLy
case ("rm"): [VHt#JuN,
media = new RM(); #k6T_ki
break; SqLKF<tY]/
//其它类型略; [
CY=
} j@f(cRAf#
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #:X:~T
player.Play(media); <U";V)
} 7(-<x@ e
?UzHQr
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ~V5jjx*
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。 a7ty&[\
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。 CEiGjo^
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。 uFgw eOJ
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: j&r5oD;
public interface IMediaFactory GOjri
{ idQr^{
IMedia CreateMedia(); {Ffr l(*
} x1Uj4*Au
/T0|<r!c
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: ^"I!+Teb
public class MP3Factory:IMediaFactory lnhZ!_
{ . Hw^Nx
public IMedia CreateMedia() !q?}[E2
{ 8GX@76o
return new MP3(); "&~Um U4CN
} *@< jJP4
} ;)*Drk*t,
//其它工厂略; 6Yu8ReuL
y}8j_r
public class RMFactory:IMediaFactory 5E]I
{ #Uo
9BM
public IMedia CreateMedia() UCFef,VW
{ dCBJV
return new RM(); iqpy5
} |1EM )zh6
} i4l?q#X
//其它工厂略; ><Z2uJZ4x
!.!Ervi!N
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。 SI\zW[IL
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: rd6?;K0
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^K8Ey#T
{ tkA '_dcIC
IMediaFactory factory = null; 7@:uVowQ
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) qzXch["So
{ N:0mjHG
//音频媒体 Pp?J5HW
case ("mp3"): ^
`!6Yax?
factory = new MP3Factory(); yZKj>P1
break; TMbj]Mso
//视频媒体 z7 }@8F
case ("rm"): 75a3H`
factory = new RMFactory(); 3SDw-k
break; E0w>c'kH
//其他类型略; S%'t
)tt,
} Y?Xs
Z
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3ILEc:<0J
player.Play(factory.CreateMedia()); B?k75G
} 4e* rBTl
~"8b\oLW
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。 f>dWl$/_s
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: MSu_*&j9T
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r'"H8>UZ%
{ `Q,03W#GJ%
IMediaFactory factory = null; ?me0J3u_
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) & GX
pRo
{ @hp@*$#& 9
case ("mp3"): >%t"VpvR
factory = new MP3Factory(); PKk_9Xd
break; \7jK6;R<
//其他类型略; S'q (Qo
case ("rm"): //xxSk
factory = new RMFactory(); |?g k%g
break; (wkeo{lx
//其他类型略; [+UF]m%W
} |-bAzt
IMedia media = factory.CreateMedia(); <a; <|Fm.
media.Play(); h",kA(+P
} ><+wH b
S U04q+
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。 n1X 7T0'
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+50ezsId
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。 !A qSG-
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: R]H/Jv\'
}9=VhC%J
<appSettings> Bg{"{poy
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> -Z9e}$q$,
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> JHBX'1GQa
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> sSU p7V
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> `*^
f =y
</appSettings> N2WQrTA:S+
"6o}g.
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: U,\3 !D0jt
private void InitMediaType() Q#i[Y?$L
{ DHQavHqbZ
cbbMediaType.Items.Clear(); edD1 9A
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) bkTk:-L5:
{ N$i!25F`
cbbMediaType.Item.Add(key); qX>mOW^gT8
} ')zdI]@M
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; d?)k<!fJk
} _XvSe]`f`
5=(fuY3
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: Y
{a#2(xn
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) u[k0z!p_ c
{ yL{X}:;}
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); *Yj!f6 8
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 9l<f?OzAO
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ~qekM>z
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, zT4SI'r?f
factoryDllName).Unwrap(); ap,%)on^
IMedia media = factory.CreateMedia(); =wEU+R_#o
media.Play(); _9*3Mr)2N
} ^VabXGzo#
h)7hk*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。 :@K1pAh 4
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: /{il;/Vj
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 O7vJ`K(!
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!