[讨论]面向对象设计（OOD）思想——还是以播放器为例(ZT)

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0 发表于: 2006-11-26

面向对象设计（OOD）思想——还是以播放器为例(ZT)

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。
一、传统过程化设计思想
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：
public class MediaPlayer
{
private void PlayMp3()
{
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
}

private void PlayWav()
{
MessageBox.Show("Play the wav file.");
}

public void Play(string audioType)
{
switch (audioType.ToLower())
{
case ("mp3"):
PlayMp3();
break;
case ("wav"):
PlayWav();
break;
}
}
}
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。
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。
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！
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。
二、面向对象设计思想
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！
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：
public class MP3
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
}
}

public class WAV
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the wav file.");
}
}

Public class MediaPlayer
{
switch (audioType.ToLower())
{
case ("mp3"):
MP3 m = new MP3();
m.Play();
break;
case ("wav"):
WAV w = new WAV();
w.Play();
break;
}
}
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。
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的)
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。
public class AudioMedia
{
public void Play()
{
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");
}
}
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）。
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：
public abstract class AudioMedia
{
public abstract void Play();
}

public class MP3:AudioMedia
{
public override void Play()
{
MessageBox.Show("Play the mp3 file.");
}
}

public class WAV:AudioMedia
{
public override void Play()
{
MessageBox.Show("Play the wav file.");
}
}

public class MediaPlayer
{
//根据需要完成任务的单向分派
public void Play(AudioMedia media)
{
media.Play();
}
}
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）。
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。
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：
public abstract class VideoMedia
{
public abstract void Play();
}

public class RM:VideoMedia
{
public override void Play()
{
MessageBox.Show("Play the rm file.");
}
}

public class MPEG:VideoMedia
{
public override void Play()
{
MessageBox.Show("Play the mpeg file.");
}
}

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。
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：

public interface IMedia
{
void Play();
}

public abstract class AudioMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}

public abstract class VideoMedia:IMedia
{
public abstract void Play();
}

这样再更改MediaPlayer类的代码：
public class MediaPlayer
{
public void Play(IMedia media)
{
media.Play();
}
}
现在看来，程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。
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。
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。
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMedia media = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
media = new MP3();
break;
//其它类型略;
case ("rm"):
media = new RM();
break;
//其它类型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(media);
}

2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用
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。
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。
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。
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：
public interface IMediaFactory
{
IMedia CreateMedia();
}

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：
public class MP3Factory:IMediaFactory
{
public IMedia CreateMedia()
{
return new MP3();
}
}
//其它工厂略；

public class RMFactory:IMediaFactory
{
public IMedia CreateMedia()
{
return new RM();
}
}
//其它工厂略；

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。
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：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
//音频媒体
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//视频媒体
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
break;
//其他类型略；
}
MediaPlayer player = new MediaPlayer();
player.Play(factory.CreateMedia());
}

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。
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：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
IMediaFactory factory = null;
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())
{
case ("mp3"):
factory = new MP3Factory();
break;
//其他类型略；
case ("rm"):
factory = new RMFactory();
break;
//其他类型略；
}
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}

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。
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。
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。
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：

<appSettings>
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" />
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" />
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" />
</appSettings>

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()
{
cbbMediaType.Items.Clear();
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys)
{
cbbMediaType.Item.Add(key);
}
cbbMediaType.SelectedIndex = 0;
}

最后，更改客户端程序的Play按钮单击事件：
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e)
{
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower();
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString();
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集;
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”,
factoryDllName).Unwrap();
IMedia media = factory.CreateMedia();
media.Play();
}

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。
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：
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。
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！