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[讨论]面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT)

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面向对象设计(OOD)思想——还是以播放器为例(ZT) @5# RGM)5^  
L5*,l`lET  
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。 <AB.`["  
一、传统过程化设计思想 tKUy&]T  
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: UW[{Y|oE  
public class MediaPlayer <.<Q.z  
{   N#`aVW'{v2  
private void PlayMp3() .iL_3:6f  
{ K{00 V#  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); x{|n>3l`b9  
} uPpRzp  
dsxaxbVj%  
private void PlayWav() d4P0f'.z  
{ 8c'0"G@S  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); %KmB>9  
} _(\\>'1q!  
].2it{gF?b  
public void Play(string audioType) = *A_{u;E  
{   rHtT>UE=  
  switch (audioType.ToLower()) C9}2F{8  
  { PHa#;6!5  
    case ("mp3"): B&m?3w  
    PlayMp3(); nA]dQ+5sT  
    break; g/q$;cB  
    case ("wav"): */L;6_  
    PlayWav(); (;T; ?v`-  
    break;       DOWUnJ;5  
  }   m(3bO[u1  
} vN7ihe[C  
} y tmlG%  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 j$]t`6gG  
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。 AMYoSc  
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! 9& W\BQ  
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。 ^tuJM:  
二、面向对象设计思想 r`cCHZo/V  
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! cuR|cUK  
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:  j>s%q .  
public class MP3 *k'9 %'<  
{ ^D B0C  
public void Play() |l ~BdP  
{ 5Tp n`2F  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @Ds?  
} @ z#k~  
} h3 p 3~xq  
ZrA\a#z"<  
public class WAV G-n`X":$DT  
{ $vy.BY Fm  
public void Play() cp?`\P  
{ HXdPKS4q  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); z<<` 1wqg  
} =-`+4zB\  
} Y=3Y~  
6w}:w?=6  
Public class MediaPlayer O:7y-r0i  
{ JpD YB  
  switch (audioType.ToLower()) ooZ7HTP|  
  { T"d]QYJS  
    case ("mp3"): (I[o;0w  
        MP3 m = new MP3(); :` ~b&Oz)  
    m.Play(); 6xFZv t  
    break; 9D#PO">|  
    case ("wav"): 6!"15dPN  
    WAV w = new WAV(); (`!| Uf$  
w.Play(); ao-C9|2>NU  
    break;       n1ED _9  
  } 2tr2:PB`  
}   *q0N$}k  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 6U /wFT!7$  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) K5.C*|w  
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。 `a6;*r y  
public class AudioMedia Q49|,ou[H  
{ &erNVD5o  
public void Play() THu a?,oyW  
{ k2@IJ~  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); )nJ>kbO~8  
} ;:!LAe  
} _&z>Id`w  
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)。 gR(c;  
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: B\=&v8  
public abstract class AudioMedia uyA9`~p=#  
{ WWO jyj  
public abstract void Play(); hNoN=J  
} A!f0AEA,  
'Aqmf+Mm  
public class MP3:AudioMedia Yj"UD:p  
{ iK#{#ebAoW  
public override void Play() w}1)am &pD  
{ Ml3F\ fAW  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); HIU@m<  
} Z~nl{P#  
} .6"7Xxe]<  
9qW,I|G  
public class WAV:AudioMedia zV &3l9?U  
{ )b7mzDp(  
public override void Play() 9BY b{<0tS  
{ ~8X' p6  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); + mcN6/  
} TB[vpTC9)  
} /Yh([P>  
i!HGM=f  
public class MediaPlayer [Vf|4xcD  
{   m88~+o<G%  
  //根据需要完成任务的单向分派 5a`}DTB[Co  
public void Play(AudioMedia media) qb<gh D=j  
{   4mAtYm  
  media.Play(); =,'Z6?%p  
} 4(&'V+o  
} qa~[fORO[  
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)。 !+6l.`2WI  
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。 + ND9###  
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: mOB\ `&h5  
public abstract class VideoMedia 4_Jdh48-d  
{ e&5K]W0{  
public abstract void Play(); 'YG`/@n;  
} ?MYD}`Cv  
Dpd$&Wr0Y  
public class RM:VideoMedia yU.0'r5uR  
{ > 95Cs`>d  
public override void Play() GCKl [<9*  
{ 8z CAy@u  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); 54{"ni 2a  
} +Xp;T`,v  
} H1[aNwLr  
%awS*  
public class MPEG:VideoMedia z!+<m<  
{ $-RhCnE  
public override void Play() >DRs(~|V#  
{ @_Zx'mTI  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); B<LavX>F  
} + LwoBn>6  
} D$cMPFa2Nt  
*ls6#j@  
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。 bwJi[xF  
  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: n@Ag`}  
@nP}q!y  
public interface IMedia o FLrSmY)E  
{ DVJc-.x8  
void Play(); i[pf*W0g  
} $<4Ar*i  
{yHfE,  
public abstract class AudioMedia:IMedia 7gwZ9Fob  
{ `<zb  
public abstract void Play(); }dUC^04  
} i!3KG|V  
_kHpM:;.  
public abstract class VideoMedia:IMedia %SGO"*_  
{ M 9#QS`G  
public abstract void Play(); p|d9 g ^  
} =!^iiHF  
@<G/H|f  
这样再更改MediaPlayer类的代码: (w eokP!  
public class MediaPlayer F9\Ot^~  
{   GZEonCk[&  
public void Play(IMedia media) (J&Xo.<Z-  
{   mM* yv  
  media.Play(); lrhAO"/1  
} ~8(X@~Tn*  
} jtv Q<4  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 iyYY)roB  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 prN(V1O  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 RRqMwy>%  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) e@=[+iJc  
{ k8e"5 he  
IMedia media = null; }+ 2"?f|]  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) >iH).:j  
{ k6'#  
  case ("mp3"): rA,Y_1b *  
    media = new MP3(); iBQBHF   
    break; O'-Zn]@.]  
        //其它类型略; 9>3Ltnn0  
  case ("rm"): 0 jP00   
    media = new RM(); I`W-RWZ  
    break;   CQ.4,S}6'  
  //其它类型略; `B\KS*Gya#  
} i @9 Qb  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); hlFU"u_  
player.Play(media); ]ZGvRA&  
} J(0=~Z[  
(1SO;8k\  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 Mc7<[a  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 *{dD'9Bg  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 e4q k>Cw  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~5 pC$SC6>  
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: h0 GdFWN  
public interface IMediaFactory /P!X4~sTM  
{ wYQ1Z  
IMedia CreateMedia(); 8U<.16+5Q  
} Ag#5.,B-  
KPjqw{gR_R  
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: 3cfZ!E~^kc  
public class MP3Factory:IMediaFactory 3TiXYH  
{ jaO#><f  
public IMedia CreateMedia() !|<f%UO  
{ k[ffs}  
  return new MP3(); udEb/7ZL  
} xeYySM=  
} W|H4i;u  
//其它工厂略; /cL9 ?k;o  
FJjF*2 .  
public class RMFactory:IMediaFactory I6hhU;)C  
{ ;h-G3>Il  
public IMedia CreateMedia() DtF![0w/  
{ =o{: -EKQF  
  return new RM(); 0(9I\j5`TT  
} ~e`;"n@4  
} ;sL6#Go?V  
//其它工厂略; p21=$?k!;  
+A'q#~yILa  
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。 U-~*5Dd  
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: o^_W$4Fc  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L^5&GcHP0  
{ @}&,W N%  
IMediaFactory factory = null; uD ?I>7  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) p9&gEW  
{ q-3J.VLJ5H  
  //音频媒体 G {pP}  
  case ("mp3"): kol,Qs  
    factory = new MP3Factory(); ,WO%L~db  
    break; s=q%:uCO  
  //视频媒体 ,NaV [ "9$  
case ("rm"): uFrJ:l+  
    factory = new RMFactory(); g/U$!d_  
    break;   PUQ_w  
  //其他类型略; 9LqMQv"xW  
} bG5^h  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); T.R>xd`9 "  
player.Play(factory.CreateMedia()); taWirq d9  
} 8"?Vcw&  
Sg CqxFii  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 HC9vc,Fp  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: M]6w^\4j9  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c]%;^)  
{ @o4z3Q@  
IMediaFactory factory = null; @wYQLZ  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 8`AcS|k  
{     E,*JPK-A x  
  case ("mp3"): 1BMV=_  
    factory = new MP3Factory(); DqurHQ z)m  
    break; AQnJxIL:  
    //其他类型略; ="5k\1W1M  
  case ("rm"): 2_oK 5*j  
    factory = new RMFactory(); dDv{9D,  
    break;   bK_0NrXP  
  //其他类型略; QoW ( tM  
} *tTP8ZCQ[  
IMedia media = factory.CreateMedia(); V!pq,!C$v  
media.Play(); dl*_ m3T  
} EFa{O`_@U  
vpeq:h  
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。 P;)2*:--)  
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。 >~`Y   
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。 _SMT.lG  
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: }"%!(rx  
p<of<YU)  
<appSettings>  ESC  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> q;~R:}?@  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> } D/+<  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> Qag|nLoT  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ZfFIX5Qd\  
</appSettings> Ap F*a$),  
5z9r S<  
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: G]L0eV  
private void InitMediaType() 652uZ};e  
{ Qv&T E3  
cbbMediaType.Items.Clear(); ?Ia4H   
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) >QYh}Z- /%  
{ vbr~<JT=  
    cbbMediaType.Item.Add(key); U -Af7qO  
} J>f /u:.  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; + $k07mb\  
} XoDJzrL#  
EHH|4;P6  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: > [Xm|A#  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2. StG(Y!  
{ WafdE  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Q;XXgX#l  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); fl!mYCPv  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 7ZF}0K$^B  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, O"@?U  
factoryDllName).Unwrap(); c_~XL^B@  
IMedia media = factory.CreateMedia(); !d:tIu{)  
media.Play(); mBw2  
} umJay />  
M.o?CX'  
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。 ,$HHaoo g  
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: ,3G$`  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Zr\2BOcc.l  
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!
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只看该作者 1 发表于: 2006-11-26
貌似OOP是面向对象 OOD是面向过程。。。不过内容还是不错的。。。
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