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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) M/[9ZgDc  
1_~'?'&^  
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。 N9c#N%cu  
一、传统过程化设计思想 s5b<KQ.  
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: !/F-EJOH6C  
public class MediaPlayer b9f5  
{   11J:>A5zt  
private void PlayMp3() oOQan  
{ }WQ:Rmi  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $~EY:  
} .Gno K?  
3,+Us B%  
private void PlayWav() RXPl~]k#i  
{ ;?o"{mbb  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); e?aSM  
} sx9[#6~{Y  
(ds*$]  
public void Play(string audioType) fQU_A  
{   a.<!>o<t:  
  switch (audioType.ToLower()) @S012} xH  
  { [o'}R`5)  
    case ("mp3"): +w?1<Z  
    PlayMp3(); v|kL7t)}  
    break; QD[l 6  
    case ("wav"): IetV]Ff6  
    PlayWav(); Z${@;lgP  
    break;       B@3>_};Ct  
  }   BW)t2kR&  
} z Hj_q%A  
} Z}O0DfT;  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 `O=LQ m`  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 M+Y^A7  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Z*5]qh2r8  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 z:$TW{%M  
二、面向对象设计思想 P[cGCmM  
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! YAF0I%PYU  
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: "jl`FAu)q  
public class MP3 H% c{ }F  
{ 6? (8KsaN  
public void Play() m+'X8}GC#O  
{ an?g'8! r:  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7w"YCRKh  
} Kib?JRYt  
} `=foB-(zt  
|B*`%7{+  
public class WAV CV,[x[L# {  
{ M7lMOG (\  
public void Play() @l2AL9z$m>  
{ "2/VDB4!FG  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 1<9m^9_ro  
} -Kf'02  
} +%RXV ~  
`!T6#6h  
Public class MediaPlayer 785Y*.p  
{ 2|^bDg;W+u  
  switch (audioType.ToLower()) ].w$b)G   
  { }oTac  
    case ("mp3"): e.g$|C^$m  
        MP3 m = new MP3(); (3G]-  
    m.Play(); k@R)_,2HH  
    break; D#9W [6  
    case ("wav"): _^ @}LVv+E  
    WAV w = new WAV(); w4+bzdZ  
w.Play(); kjW`k?'s  
    break;       IF*kLl?  
  } hE/y"SP3  
}   1z(y>`ZBq  
  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。 >&9Iy"  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) C>7k|;BvF  
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。 `qsn;  
public class AudioMedia v4< x 4  
{ /SD2e@x{U  
public void Play() : XZ  
{ A d7=JzV  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file.");  HPj7i;?O  
} 9X{aU)"omQ  
} t UW'E  
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)。 (iiyptJ  
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: tL4xHa6v]  
public abstract class AudioMedia ^Sr`)vP  
{ 0)qLW& w  
public abstract void Play(); vi>V6IC4v  
} >!YI7)  
Lp/]iZ@  
public class MP3:AudioMedia 7QRtNYo#\  
{ {ByT,92  
public override void Play() VL<)d-  
{ [OsW   
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); >b/0i$8  
} L*VGdZ  
} ;z7iUke0%  
'bg%9}  
public class WAV:AudioMedia nyPA`)5F0  
{ GRj{*zs  
public override void Play() gGdZ}9  
{ S*CRVs  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Kc\0-3 Z  
} ziy~~J  
} zn3i2MWS  
@,sg^KB  
public class MediaPlayer ? B^*YCo7(  
{   4 ITSDx  
  //根据需要完成任务的单向分派 15gI-Qb  
public void Play(AudioMedia media) JWrvAM$O  
{   +B'9!t4 2  
  media.Play(); p2 y h  
} gzHjD-g-<  
} s\Cl3  
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)。 Ph.$]yQCc]  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 /^0Hi4+\  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: +;z4.C{gM  
public abstract class VideoMedia 4aZsz,=  
{ 37!}8  
public abstract void Play(); -]PW\}w1  
} +3t(kQ  
Md_\9G .e  
public class RM:VideoMedia G(4:yK0  
{ G#CWl),=  
public override void Play() tL;;Yt  
{ 7IZ(3B<87t  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); s6).?oE  
} \"PlM!0du  
} ;mo}$^49*  
L1"X`Pz[}  
public class MPEG:VideoMedia R{6.O+j`  
{ E( *$wD  
public override void Play() } ho8d+A  
{ z/rN+ ,  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); #!y|cP~;I  
} P67r+P,  
} !Nl"y'B|  
Q.6pmaXrb  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 Ctt{j'-[  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: g[@]OsX   
Mk[_yqoCO  
public interface IMedia E9226  
{ .Fh5:W N  
void Play(); 35jP</  
} sOLo[5y'  
R`>E_SY  
public abstract class AudioMedia:IMedia [N#2uo  
{ Cg21-G .  
public abstract void Play(); UXa3>q>  
} (g~&$&pa  
n&[U/`o  
public abstract class VideoMedia:IMedia -_pI:K[  
{ +5);"71  
public abstract void Play(); ;Cyt2]F  
} jB?Tua$,s  
2J|Yc^b6  
这样再更改MediaPlayer类的代码: D@d/O  
public class MediaPlayer ycCEXu2F  
{   Te!q(;L`4  
public void Play(IMedia media) ~`mOs1d  
{   R4QXX7h!  
  media.Play(); &&(sZG w  
} S| !U=&  
} g4j?E{M?  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 -@L*i|A  
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。 6]Ppa ~Xwq  
  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。 tq>QZEg  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M*+_E8Lh  
{ m[ txKj.=_  
IMedia media = null; Sjj &n S  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) #xE" ];  
{ yZA }WTGe  
  case ("mp3"): "o}3i!2Qr  
    media = new MP3(); U4O F{  
    break; tX Z5oG7  
        //其它类型略; vVZ@/D6w  
  case ("rm"): `Nu3s<O7CF  
    media = new RM(); /o![%&-l  
    break;   81H04L9K 7  
  //其它类型略; 1c+[S]7rY  
} aLuxCobV  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); aeE9dV~  
player.Play(media); Eh0R0;l5>  
} *wyaBV?*K  
i>q]U:U  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 g;eMsoJG  
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。 {o5E#<)  
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。 Ck(D: % ~s  
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。 !lL21C6g+  
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: 0j4bu}@  
public interface IMediaFactory -5d8j<,  
{ $0sU h]7y  
IMedia CreateMedia(); 8TC%]SvYim  
} Q6kkMLh  
nP4jOq*H  
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: O^4:4tRpt  
public class MP3Factory:IMediaFactory Z]":xl\7  
{ AXz'=T}{  
public IMedia CreateMedia() )5)S8~Oc  
{ p?=rQte([  
  return new MP3(); +!dIEt).U  
} z)yxz:E  
} KS1Z&~4  
//其它工厂略; Qy5\qW'  
*w59BO&M4  
public class RMFactory:IMediaFactory z9YC9m)jK  
{ Y*B}^!k6  
public IMedia CreateMedia() L&Bc-kMH  
{ TpuN[Y  
  return new RM(); ?7/n s>}  
} ,H1j&]E!  
} W<u63P  
//其它工厂略; $ ;~G  
P0 DvZV8  
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。 _)zSjFX9  
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: HpuHJ#l  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mn?< Zz  
{ M8:gHjwsx  
IMediaFactory factory = null; rM<c;iQ  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) S;a{wYF6v  
{ \O^b|0zc  
  //音频媒体 2zh?]if  
  case ("mp3"): \zR{D}aS  
    factory = new MP3Factory(); Elh: %dr Q  
    break; IdUMoLL?  
  //视频媒体 Y)g7 E"  
case ("rm"): ,X)0+DNsq  
    factory = new RMFactory(); |wKZ-6  
    break;   N3TkRJZ  
  //其他类型略; c*9RzD#Zj  
} x'+lNlv  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); k2" Z:\?z  
player.Play(factory.CreateMedia()); C5\bnk{  
} pZuYmMP  
Txj%o5G  
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。 }>6=(!  
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: ,/C<GFae  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) A+69_?B TH  
{ G5Y 8]N  
IMediaFactory factory = null; r,A750P^  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) b-@6w(j  
{     `)*   
  case ("mp3"): x4pl#~Su  
    factory = new MP3Factory(); peY(4#  
    break; W0K&mBu  
    //其他类型略; SVpvx`&kT  
  case ("rm"): 6cb;iA  
    factory = new RMFactory(); U z>5!_  
    break;   $oHlfV/!  
  //其他类型略;  ^GB9!d.  
} h3h2 KqM'  
IMedia media = factory.CreateMedia();  Ma0_!|i  
media.Play(); 'bN\bbR  
} l=`)yc.  
8G?'F${`  
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。 68kxw1xY  
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。 `f}}z5  
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。 #%il+3J  
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: ]m{;yOQdsC  
r3mB"("Z'  
<appSettings> tV9BVsN  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> $Ud-aRlD  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> @ZK#Y){  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> E tWpBg  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> fJtJ2xi  
</appSettings> }"06'  
ZsirX~W<  
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: j/5>zS  
private void InitMediaType() ,]w -!I  
{ 5][Rvu0  
cbbMediaType.Items.Clear(); xC9^x7%3O  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 72GXgah  
{ DQDt*Uj,  
    cbbMediaType.Item.Add(key); 1uG?R  
} wciYv,  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; U59uP 7n  
} is}o5\JEL  
#r `hK)  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5H1SC8+B,  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) IpXg2QbN  
{ %qcBM~efT  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); if9I7@  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); `o8b\p\zn  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; L%ND?'@  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l!ltgj  
factoryDllName).Unwrap(); f#pT6  
IMedia media = factory.CreateMedia(); hV;Tm7I2  
media.Play(); )NGBA."t  
} /ZlW9|  
8)&H=#E  
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。 IJ3[6>/ M0  
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: w6y?D<  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 {c<MB xk  
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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