面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ax'Dp{Q
&{ntx~Eq
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。 };29'_.."x
一、传统过程化设计思想 k&yy_r
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: {K_YW
public class MediaPlayer D-~HJ
{ j$N`JiKM
private void PlayMp3() |44CD3A%
{ ++Az~{W7
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); cf@:rHB}
} h#;fBQ]
7-6_`Q2}Y
private void PlayWav() $?wX*
{ vE6/B"b
MessageBox.Show("Play the wav file."); ~wh8)rm
} ~)sb\o
WoesE:NiR
public void Play(string audioType) C0KP,JS&
{ *kZJ
switch (audioType.ToLower()) O:p~L`o>>
{ AkT_ZU>
case ("mp3"): m'z <d
PlayMp3(); #H M0s~^w&
break; [u,B8DX
case ("wav"): RrKs!2sCT
PlayWav(); sL+/Eeb` c
break; S WYiI
} "4n_MV>p
} 8%vk"h:u:
} JF24~Q4P
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。 J|,| *t
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。 cnhYrX^
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! 5FH#)
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。 Q9FY.KUM
二、面向对象设计思想 {Qlvj.Xw
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! ;Q?
Qwda
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: N ?0V0B
public class MP3 rs 7R5 F
{ A%%WPBk{O
public void Play() rw8db'
{ zF\k*B
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); wzP>Cq
} SijCE~P
} }3M\&}=8
&d9";V"E
public class WAV *hFT,1WE=+
{ vF1]L]z:?
public void Play() LD]XN'?"W
{ gd/W8*NFR
MessageBox.Show("Play the wav file."); Ur]5AJ
} )jCAfdnCs
} z`f1|Ok
"m/0>UU0
Public class MediaPlayer 9dSKlB5J
{ =(.HO:#
switch (audioType.ToLower()) 2l8jw:=H
{ bWjW_$8
case ("mp3"): ,#D&*
MP3 m = new MP3(); d}ue/hdw
m.Play(); ^om(6JL2
break; s.Yyw y
case ("wav"): 9J0m
WAV w = new WAV(); U,aV{qz
w.Play(); '.d el7s
break; au0)yg*V1
} >qAQNX
} v=9:N/sW
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。 ,%>/8*
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) $+:_>n^#/
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 0u-'{6
public class AudioMedia Jr
9\j3J{
{ &7JCPw
public void Play() 95?$O~I
{ ;]vE"M x$
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 5BTQJa
} VY Va8[}
} zcP_-q]1
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)。 lE$X9yIt
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: sq-[<ryk
public abstract class AudioMedia a|lcOU
{ N[ E
t
public abstract void Play(); om;jXf}A
} cFD(Ap
PHZA?>Q7Z
public class MP3:AudioMedia C+*: lLY
{ Rf2;O<
public override void Play() 'd0]`2tVg4
{ u=
!?<Q
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); O62H4oT
} V.\do"m
} ?5jkb
OpUC98p?@
public class WAV:AudioMedia trtI^^/%
{ |brl<*:
public override void Play() iS=}| 8"
{ 4CfPa6_
MessageBox.Show("Play the wav file."); ZIkXy*<(
} |V%Qp5 XJ
} $(.[b][S
Y2QlK1.8V
public class MediaPlayer l#V"14y
{ ~48Uch\LG:
//根据需要完成任务的单向分派 MU%C_d%.
public void Play(AudioMedia media) -~]*)&
{ qmv%N
media.Play(); Da)9s %_4
} YYZE-{ %
} cZ%weQa#N)
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 *d?,i-Q.+
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 *siS4RX2
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: |*i0h`a
public abstract class VideoMedia 7`|$uIM`
{ $Rd74;edn
public abstract void Play(); *|a_(bQ4@
} 5e6]v2 k
#3\F<AJ<VB
public class RM:VideoMedia yzgDdAM
{ /i"L@t)\t
public override void Play() YeptYW@xfw
{ E@Q+[~H }
MessageBox.Show("Play the rm file."); ^MKvZ DOP
} ,*}SfCon
} (7;}F~?h
AQQeLdTq
public class MPEG:VideoMedia s(r(! FZ
{ ]fnc.^{
public override void Play() L6J=m#Ld
{ s+h`,gg9
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); %Z}A+Rv+*m
} XGbtmmQG
} E5/-?(N
M(0:>G
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。 Z Z\,iT
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: I+kDx=T!
%q`_vtUT
public interface IMedia g3Xq@RAJ c
{ BD\xUjd?)Q
void Play(); R'u M7,7
} q 6%jCt2'
`Q' 0l},
public abstract class AudioMedia:IMedia 0ua.aL'
{ ggzg,~V
public abstract void Play(); hwSn?bkw
} LIT{rR#8
Gp6|M2Vu_5
public abstract class VideoMedia:IMedia :1PT`:Y
{ 1I<D
`H%
public abstract void Play(); D[-V1K&g
} 7D@O:yO
hdXdz aNS
这样再更改MediaPlayer类的代码: F)z]QJOw
public class MediaPlayer KtG|m'\D
{ Uw8O"}U8
public void Play(IMedia media) 4'cdV0]
{ t"cGv32b
media.Play(); c0sU1:e0
} C1:efa<wV
} y9cW&rDH
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 hl(M0cxEWP
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。 ' jf$3
现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 mg;+Th&
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) C{`+h163\
{ )[.FUx
IMedia media = null; \25Rq/&w
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T<=Ci?C
v
{ !iN=py
case ("mp3"): d OQU#5
media = new MP3(); w4\b^iJz
break; f R$E*Jd
//其它类型略; {0 IEizQ|i
case ("rm"): h# c.HtVE
media = new RM(); ,edX;`#
break; )hGRq'WA=
//其它类型略; :aS8%m
} F4xYfbwY"]
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); |JC/A;ZH
player.Play(media); w+)MrB-}
} swss#?.se
s5F,*<
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 jQxv`H
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。 sgW*0o
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。 {dM18;
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。 dMK|l
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: JS]6jUB<B
public interface IMediaFactory TRW{`b[
{ "CI#2tnL7
IMedia CreateMedia(); }1=V`N(
} oJE~dY$Q
TcPYDAa
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: 5V;BimI
public class MP3Factory:IMediaFactory )kfj+/
{ NokAP|<y
public IMedia CreateMedia() 1:h{(
%`&
{ 56T<s+X>
return new MP3(); kq&xH;9=.
} +Wrj%}+
} ,_
}
//其它工厂略; i0;
p?4`m
e <2?O
public class RMFactory:IMediaFactory `O4Ysk72x9
{ TUuw
public IMedia CreateMedia() ZV=O oLt,
{ 1$2'N~`#U
return new RM(); dtD)VNkBZ
} mxt fKPb
} Y3KKskhLx
//其它工厂略; 4iMo&E<
CV&+^_j'k
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 SEu1M}+E
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: b9b384Q1O
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) gmtp/?>e
{ Jn!-Wa,
IMediaFactory factory = null; f86h"#4
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) = m]|C1x
{ ^x8*]Sz#x
//音频媒体 "& h;\hL
case ("mp3"): <mN.6@*{
factory = new MP3Factory(); 0/z=G!z\
break; JDeG@N$
//视频媒体 hUN]Lm6M
case ("rm"): =8:m:Y&|`G
factory = new RMFactory(); jYE<d&Cq
break; {/d<Jm:
//其他类型略; pm`BMy<5PU
} *Y'nDv6_P
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); YL*yiZ9
player.Play(factory.CreateMedia()); 4&]Sb}
} `L n,qiA
.;nU"
a3'
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。 I.#V/{J
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: n3Uw6gLD
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) CEbZj
z|
{ aly1=j
IMediaFactory factory = null; ^~\cx75D
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >.'rN>B+
{ Ldqn<wNnI
case ("mp3"): j_YpkKhen
factory = new MP3Factory(); m?wPZ^u
break;
@Tk5<B3
//其他类型略; <=D!/7$O
case ("rm"): eb%`ox@&
factory = new RMFactory(); R
<Mvwu
break; bn$a7\X-
//其他类型略; =LLix .
>
} E$!0h_.(
IMedia media = factory.CreateMedia(); nM]Sb|1:
media.Play(); YB?yi( "yL
}
J" :R,w`
v',%
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 Ed6k7
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 2L?jp:$;X
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。 }_,1i3Rip
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%$sA}O
Q[sj/
<appSettings> i
b$2qy
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> |KH9 81
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" />
5ZpU><