面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) ehk5U,d
lo*OmAF
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。 "*W:
一、传统过程化设计思想 2^w3xL"
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:
WV&T
public class MediaPlayer ^Gt&c_gH
{ u~n*P``{
private void PlayMp3() RUqN,C,m5I
{ i'9aQi"G
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >p#` %S
} <WFA3
G n"]<8yl~
private void PlayWav() |N_tVE
{ m3W:\LTTp
MessageBox.Show("Play the wav file."); >QO^h<.>
} )3# gpM
FY_.Vp
public void Play(string audioType) C(zgBk
{ ITJ{]7N
switch (audioType.ToLower()) _R&mN\ey5
{ `i5U&K. 7
case ("mp3"): .GcIwP'aU-
PlayMp3(); i
,Cvnp6Lv
break; eKjmU | H
case ("wav"): .j?`U[V%a
PlayWav(); Yt&Isi
+
break; hhd%j6
} #HFB*>
} p=%Vo@*]
} s}Phw2`1U
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。 !/]F.0
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。 >qj.!npQD
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! K~'!JP8@
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。 x|4m*>Ke
二、面向对象设计思想 -^sW{s0Rc
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! `roos<F1D
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: <
kyT{[e+6
public class MP3 Zjqa n
{ 3FRz&FS:j
public void Play() ro|mWP0
{ -]""Jl^
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); '%Og9Bgd+
} MMlryn||1
} MzjV>.
D![42H+-Qd
public class WAV !5,>[^y3
{ ldp
x,
public void Play() ql"&E{u?
{ e_'/4
n
MessageBox.Show("Play the wav file."); ]0v;;PfVl6
} ^b|Z<oF
} H$'|hUwds%
U\aP
Public class MediaPlayer =k.:XblEe[
{ EdGA#i3
switch (audioType.ToLower()) sF9{(Us
{ W0e+yIaR
case ("mp3"): $VEG1]/svp
MP3 m = new MP3(); _|<kKfd?
m.Play(); l-s%3E3
break; cs[_TJo
case ("wav"): EWOS6Yg7
WAV w = new WAV(); TdGda'C
w.Play(); >tF3|:\
break; S&/</%
} 3#GZ6:rVJ
} aD)$aK
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。 !ieMhJ5r
2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) oh*Hzb
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。 YywiY).]@
public class AudioMedia WM y97*L<
{ +*u'vt?
public void Play()
[/dGOl+
{ &gF*p
MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); xPBSJhla
} (al.7VA;9
} c:#<g/-{wM
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)。 b#ga
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: bVfFhfh*
public abstract class AudioMedia e^v5ai
{ b-*3]gB
public abstract void Play(); 6P,vGmR
} &UzeNL"]
:`u?pc27Sm
public class MP3:AudioMedia %=p:\+`VI
{ s
P=$>@3
public override void Play() BR&T,x/d
{ ]5(T{
MessageBox.Show("Play the mp3 file."); nc<wDE6
} 5x$/.U
} }f
rij1/G
LDg"s0n#
public class WAV:AudioMedia gut[q
{ DI9hy/T(
public override void Play() -,xCUG<g
{ jA'qXc+\
MessageBox.Show("Play the wav file."); t "y[
} j
/d?c5
} (PVK|Q55y
vjo@aY.x
public class MediaPlayer j^4KczJl
{ zk6al$3R
//根据需要完成任务的单向分派 )1CYs4lp
public void Play(AudioMedia media) )"( ojh
{ 6yDj1PI
media.Play(); ,m4M39MWJ
} K4T#8K]aZF
} $}&r.=J".
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 Wp2W:JX:
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 TFZvZi$u&
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: $H0diwl9R
public abstract class VideoMedia ZtzSG@f
{ QuF76&)7
public abstract void Play(); Xk2M.:3`
} X?6E0/r&9
[^N8v;O
public class RM:VideoMedia 9gu$vF]9!
{ w$5~'Cbi
public override void Play() !T+jb\O_
{ cL+--$L
MessageBox.Show("Play the rm file."); Mn)>G36(
}
ywQ>T+
} iJ8 5okv'
tKr.{#)
public class MPEG:VideoMedia .`I;qF
{ g(X-]/C{
public override void Play() 0wFa7PyG?
{ Z)V m,ng
MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 3o).8b_3g
} aJ!(c}N~97
} uj8G6'm%
6CQ.>M:R
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。 $5(_U
不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: "o| f
+&AKDVmx
public interface IMedia W|~Jl7hs8Q
{ #=}dv8
void Play(); =O~ J
} It5U=PU
M lv
public abstract class AudioMedia:IMedia iTX:*$~I
{ 1\'?.
public abstract void Play(); tVAWc$3T
}
;f]p`!]
3
h;q=<[h\
public abstract class VideoMedia:IMedia m=saUhI*9
{ {"^LUw8fd
public abstract void Play(); 4jWzYuI&J
} s=[Tm}[
{|R@\G.1(
这样再更改MediaPlayer类的代码: Sio> QL Y
public class MediaPlayer t^8ii
{ Nu/D$m'PY
public void Play(IMedia media) N }$$<i2o
{ _oV;Y`_
media.Play(); z XI [f
} \hlQu{q.
} 7g* "AEk
现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 /]xu=q2
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。 g431+O0K1
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。 PIZnzZ@Z;
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) YsX&]4vzm
{ 2yB@)?V/
IMedia media = null; 5hhiP2q
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *qX!
{ p"xti+2,
case ("mp3"): >e
g8zN
media = new MP3(); t)#dR._q
break; 9/8#e+L
//其它类型略; a&sVcsX
case ("rm"): "wPA;4VQ
media = new RM(); miWPLnw=L
break; :,<G6"i
//其它类型略; ^#6"d+lp
} &Zxo\[lP
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); d9j+==S
<
player.Play(media); J|O=w(
} -\6";_Y
bqo+b{i\
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 O#}d!}SIp
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。 [N35.O6P6u
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。 F!>92H~3G
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。 gI~4A,
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: AQUl:0!
public interface IMediaFactory "8.to=Lx
{ wgN)*dpuI
IMedia CreateMedia(); P#8+GN+bF
} BzVF!<!
4R c_C0O
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: A^m]DSFOO
public class MP3Factory:IMediaFactory ;^[VqFpeS
{ ZqDanDM
public IMedia CreateMedia() 8\AyKw
{ i)@IV]]6yL
return new MP3(); YK=o[nPmK
} bOB<m4
} 1WTDF
//其它工厂略; `Kt]i5[ "
T>~D(4r|pS
public class RMFactory:IMediaFactory |9fvj6?Y
{ fGwRv%$^
public IMedia CreateMedia() _mEW]9Sp
{ he
vM'"|4
return new RM(); z1K}] z%
} 7EfLd+
} =6sA49~M
//其它工厂略; {vp|f~}zTw
A`#/:O4|f
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。 7Gos-_s
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: >V01%fLd
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) wt@Qjbqd8
{ %',bCd{QW
IMediaFactory factory = null; A"Prgf
eT
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) a?d)lnk
{ 4s:S_Dw
//音频媒体 $i|c6&
case ("mp3"): O<*l"fw3
factory = new MP3Factory(); b`9J1p.;
break; &7fwYV
//视频媒体 (G E)
case ("rm"): ,mHQ
factory = new RMFactory(); j;BMuLTm1
break;
7U3b YU~;
//其他类型略; 3PBGIo
} rfz\DvVd
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Tc3~~ X
player.Play(factory.CreateMedia()); nEG+TRZ)\
} 0\y{/P?I$
oP"X-I
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。 UI?AM 34
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: @)\{u$
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) zXEu3h
{ MF41q%9p
IMediaFactory factory = null; y8HwyU>
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) K3; lst>4
{ .`ND
case ("mp3"): QE#Ar8tU
factory = new MP3Factory(); G
$F3dx.I
break; #W]4aZ1
//其他类型略; #A:+|{H"
case ("rm"): ]N& Y25oT5
factory = new RMFactory(); ^D}]7y|fm
break; e@`"V,i
//其他类型略; cn3F3@_"\
} =*[98%b
IMedia media = factory.CreateMedia(); &|'t>-de,
media.Play(); lMQ_S"
} <*Ex6/j
|e%o
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。 &