面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ?>My&yB
h r6?9RJY
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。 FLIU}doc
一、传统过程化设计思想 'ZAIe7i&
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: KLjvPT\
public class MediaPlayer
|{MXDx
{ V/RV,K1/
private void PlayMp3() ^JGwCHeb|H
{ 3 ;AJp_;
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); z Ece>=C
} }taG/kE62
7@&kPh}PG
private void PlayWav() pk6<wAs*?#
{ 4h
T!DS
MessageBox.Show("Play the wav file."); RQ4+EW1G
} |gU)6}V@
CD4@0Z+
public void Play(string audioType) Z_mQpt|y
{ 2"WP>>b80
switch (audioType.ToLower()) ER;\Aes*?
{ @Thrizh
case ("mp3"): i/PL!'oq
PlayMp3(); r(rT.D&
break; BE!l{
case ("wav"): SeLFubs_
PlayWav(); T/:6Z
break; H(Y 1%@
} T=CJUla
} %eGI]!vf
} ?U
=Mdw
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。 >?.jN|
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。 Lz!H@)-mr
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! h+Y>\Cxg
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。 2SlI5+u
二、面向对象设计思想 N$u: !
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 1?G%&X@
X
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: lUw=YM
public class MP3 IuMJ-"
{ 7Rn
4gT
public void Play() B_RF)meux
{ &ViK9
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); fZQ2<*)pqO
} Z6&bUZF$bE
} cH707?p/I
yE;S6 O
public class WAV :k2J
&@8
{ 0qm CIcg
public void Play() h-U]?De5\
{ qKE +,g'
MessageBox.Show("Play the wav file."); yh'*eli
} %CqG/ol
} <4CqG4}Y
l< H nP R/
Public class MediaPlayer +o35${
{ !Z0S@]C
switch (audioType.ToLower()) )S}.QrG
{ Q]OR0-6<.
case ("mp3"): WkV0,_(P
MP3 m = new MP3(); ft~QVe!
m.Play(); 'r1X6?dJ
break; RFq=`/>dG
case ("wav"): X.ZG-TC
WAV w = new WAV(); iO$ ?No
w.Play(); [7 t
break; C8=r sh
} /l8wb~vl
} l~[
K.p&
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。 7^1K4%IPl
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) t0Inf
[um
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。 |nU%H=Rs/
public class AudioMedia t{`uN
{ zoBp02j
public void Play() O2xqNQ`d
{ n^nQrRIp
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); (%G>TV
} cQ3p|a `
} B_C."{G
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)。 0^6}s1d_
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: <SdOb#2
public abstract class AudioMedia #c9MVQ_
{ b#n
public abstract void Play(); U
!%IC7@
} %}unlSTPP
5i'KGL
public class MP3:AudioMedia e0IGx]5i
{ QBA{*@ A-
public override void Play() Z{2QDjAI;
{ ,+x\NY2d
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); X @/X65=[
} ,V)hV@Dk
} cW?6Iao
oWggh3eXk
public class WAV:AudioMedia dvglh?7d
{ ~/Y8wxg
public override void Play() '1zC|:,
{ }:*?w>=
MessageBox.Show("Play the wav file."); Xd.y or
} COd~H
} '=d y
=
P<9T.l
public class MediaPlayer )=5*iWe
{ }ee3'LUPX
//根据需要完成任务的单向分派 j`_Z`eG
public void Play(AudioMedia media) e.(RhajB
{ (1'sBm7F
media.Play(); T,B%iZ gCh
} Vkqfs4 t
} \?^ EFA+;
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)。 I,V'J|=j
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。 [7[$P.MS{
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: [TT:^F(Y
public abstract class VideoMedia r%LG>c`^
{ .:(gg
public abstract void Play(); MW0CqMi]T
} \;+b1
(D+%*ax
public class RM:VideoMedia S Z &[o&H
{ Rb
<{o8
public override void Play() , _ xJ9_
{ T <RWz
MessageBox.Show("Play the rm file."); Iapzh y2l
} >_X(rar0
} wHQYBYKcd
wD@ wOC
public class MPEG:VideoMedia $:?=A5ttuo
{ %F<3_#Y
public override void Play() t'C9;
{ N9z!-y'X
MessageBox.Show("Play the mpeg file.");
K81&BVx/
} + Cq&~<B
} 1+-F3ROP
l%`~aVGJ
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 |~=4ZrcCP
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: UQtG<W]<
myB!\WY
public interface IMedia :m(" oC@}
{ Tn$|
Xa+:s
void Play(); NE Z ]%
} k7z{q/]M
4Q\~l(
public abstract class AudioMedia:IMedia n>%TIoY
{ eT8h:+k
public abstract void Play(); , qhv(
} 24Htr/lPCT
1EHNg<J(
public abstract class VideoMedia:IMedia
w Qp{z
{ UZE%!OWpeK
public abstract void Play(); dW#l3_'3T
} y{nX 6
9(BB>o54r
这样再更改MediaPlayer类的代码: o2LUB)=R'
public class MediaPlayer <Q.-WV]Z
{ `=8G?3
public void Play(IMedia media) tNW0 C]
{ C}]rx{xC
media.Play(); b*< *,Ds/G
} 5}_,rF?cX
} PmDar<m
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 |>nVp:t^
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。 Zr;(a;QKs
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。 yn{U/+
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ' @j8tK
{ oF0*X$_X
IMedia media = null; + L#):xr
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) uTP4r
{ Y FW0
case ("mp3"): @wXo{p@W
media = new MP3(); 6r)qM)97
break; 1;+(HB
//其它类型略; q5~fU$ ,
case ("rm"): 1)M%]I4
media = new RM(); ]&L[]
break; 3a,7lTUuB
//其它类型略; {7FD-Q[tS
} ;p)fW/<
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); q.RW_t~
player.Play(media); C6,W7M[c
} lb #`f,r>
79MB_Is]s
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 D5
^Wi Q<
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。 |Oe$)(`|h
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 L|w}#|-
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 MbC&u:@ "v
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: {7o|*M
public interface IMediaFactory [2ZZPY9?Q
{ HLDg_ On8
IMedia CreateMedia(); _l.kbfp@
} l@%7]
0!T
wmgKh)`@_{
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 0CUUgwA/
public class MP3Factory:IMediaFactory lD)QB!*v
{ Q,xKi|$r
public IMedia CreateMedia() ehls:)F
{ )Y,>cg:z~
return new MP3(); orAEVEm
} )`]} D[j
} TWgI-xB
//其它工厂略; "@E(}z'sM
q
oVp@=\:"
public class RMFactory:IMediaFactory |70Lh+
{ v\ Xk6k
public IMedia CreateMedia() <lVW;l7
{ _}wy|T&7k&
return new RM(); 4 5\%2un
} _zj}i1!E"
} d[I}+%{[
//其它工厂略; BM]sW:-v
%y;Cgo[
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。 F>A&L8
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: kculHIa\.
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |JH1?n
{ AZYu/k
IMediaFactory factory = null; ySwvjP7f
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #N"K4@]{
{ 4]]1JL(Ka
//音频媒体 DcQsdeuQ
case ("mp3"): 9l:Bum)9
factory = new MP3Factory(); ``mW\=fe
break; /8w
_jjW
//视频媒体 NEh5
case ("rm"): u4[3JI>
factory = new RMFactory(); i<nUp1r(
break; *.9.BD9
//其他类型略; X+T
+y>ea
} fhp][)g;
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 9:tKRN_D
player.Play(factory.CreateMedia()); w/HGmVa
} `7zNVYur8
t,K_!-HX+
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。 ?Y#0Je
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: ,-*oc>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) '\X<+Sm'
{ ef=LPCi?
IMediaFactory factory = null; VZ8HnNAbX
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) )/F1,&/N`e
{ @cZNoD
case ("mp3"): Yxt`Uvc(^h
factory = new MP3Factory(); SD^6ib/]b
break; xI7;(o"
//其他类型略; P=V=\T<4_
case ("rm"): #:?vpV#i
factory = new RMFactory(); :kDHwYv$
break; RHGs(d7-
//其他类型略; QNH5Cq;Y
} tA2I_WCl
IMedia media = factory.CreateMedia(); -\!"Kz/
media.Play(); N8|
;X
} V{[vIt*
3g]Sp/
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。 fhAK^@h
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。 \{ G1d"n
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。 rSVU|O3m;
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: 9+\3E4K
I2=?H<
<appSettings> r9@Q="J_)
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> GJY7vS^#
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> zl j%v/9
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> it~>)_7*P
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> `}^_>
</appSettings> ;$\d^i{N
"$tP>PO{<
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: L;0ZB=3n
private void InitMediaType() xhIC["z5
{ hYW<4{Gjr
cbbMediaType.Items.Clear(); ~E=.*: 5(
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) b:nHcxDU<
{ GyOo$FW
cbbMediaType.Item.Add(key); Cu0N/hBT
}
zF2GW
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; joh=0nk;D
} <=*xwI&q
q*oUd/F8
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 1B;sSp.>
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2rq)U+
{ 0k5;Qf6A
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); sW B;?7P
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); {<a(1#{
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; uJ4RjLM`
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $g55wG F
factoryDllName).Unwrap(); f_r1(o5:Y
IMedia media = factory.CreateMedia(); 37 wm[Z
media.Play(); Z;aQ/n[`
} 5Y
4W:S
2 fX-J
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 +1H.5|
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: `<h}Ygo>k/
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 \5$N>
2kO
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!