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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) ~ouRDO  
78u=Jz6  
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。 /d1V&Lj  
一、传统过程化设计思想 U,^jN|v  
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: 'J#uD|9)  
public class MediaPlayer |>=\ VX17  
{   _K|?;j#x0k  
private void PlayMp3() FGRG?d4?h  
{ 5~SBZYI  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); P, SI0$Z  
} Kr;F4G|Qt  
hHqsI`7c  
private void PlayWav() ~=pyA#VVJ"  
{ Bd*\|M  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); m:5bb 3  
} L"V~M F  
x9H qc9q  
public void Play(string audioType) Gjf1Ba  
{   %{";RfSVX%  
  switch (audioType.ToLower()) ,koG*sn  
  { l`RFi)u~&  
    case ("mp3"): ~1.~4~um  
    PlayMp3(); ; WsV.n  
    break; f n\&%`U  
    case ("wav"): $*dY f  
    PlayWav(); !EO 2  
    break;       <fcw:Ae  
  }   xT3l>9i  
} Dlu]4n[LB  
} /pnQKy.  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 C)qP9uW  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ,DWC=:@X  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! fm^)u"  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 38(|a5  
二、面向对象设计思想 JWs?az  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! W|[k]A` 2  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: G X>T~i\f8  
public class MP3 T1~,.(#  
{ q e;O Ox  
public void Play() vpqMKyy  
{ %c,CfhEV%&  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 55|.MXzq  
} 7!E7XP6,~>  
} >{kPa|  
~qm u?5  
public class WAV v D4<G{  
{ d9uT*5f  
public void Play() 9w,u4q  
{ TGQDt|+Z  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ;Ajy54}7  
} N&+DhKw  
} 'QEQyJ0EB  
^,;8ra*h  
Public class MediaPlayer KdTna6nY  
{ r$.v"Wh)  
  switch (audioType.ToLower()) q5(Z   
  { )v?-[ oR  
    case ("mp3"): (L6*#!Dt  
        MP3 m = new MP3(); X~Vr}  
    m.Play();  |{@_J  
    break; -)ag9{*  
    case ("wav"): QG=&{-I~[3  
    WAV w = new WAV(); SB`"%6  
w.Play(); U?Icyn3q0  
    break;       HFd>UdT%  
  } }]?U. ]-  
}   O1K~]Nt  
  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。 1)f~OL8o  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) iVGc\6+'  
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。 *Ad7GG1/u  
public class AudioMedia yS:1F PA$_  
{ 2Md'<.  
public void Play() IKV:J9  
{ ZIrJ"*QO=  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); A?sU[b6_  
} PNMf5'@m  
} n/]$k4h  
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)。 Yl6\}_h`  
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: ~_Mz05J-\_  
public abstract class AudioMedia :-kXZe  
{ IW'2+EGc  
public abstract void Play(); f@a@R$y  
} R9z^=QKcH  
)vFZl]  
public class MP3:AudioMedia (e;9 ,~u)  
{ Qvd$fY**  
public override void Play() 35[8XD  
{ 'qg q8  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); mjqVP.  
} !zNMU$p  
} C=/nZGG  
#TX=%x6  
public class WAV:AudioMedia D%Y{(l+X  
{ z3[0BWXs  
public override void Play() cAE.I$T(  
{ Y)I8(g}0  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 3y Azt*dZ  
} vYNh0)$%F  
} J12 ZdC'O  
?=uw0~O[  
public class MediaPlayer b]h]h1~hHH  
{   o[!g,Gmoh  
  //根据需要完成任务的单向分派 R]Q4+  
public void Play(AudioMedia media) 5PQs1B  
{   uvrfR?%QK  
  media.Play(); KD~F5aS`[  
} 9)qjW&`  
} '?~k`zK  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 a,U =irBA  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 t*)-p:29h  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 1+^L,-k!  
public abstract class VideoMedia Xx0}KJ q~"  
{ WM}bM] oe  
public abstract void Play(); k'BLos1W  
} Ek,s6B)'d  
;mLbJT   
public class RM:VideoMedia 2Ax HhD.  
{ 6 tbH(  
public override void Play() j}?O  
{ M#qZ0JT4  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); *S.2p*Vd  
} ^J>jU`)CJ  
} 6#k Ap+g7  
p5~;8Q7  
public class MPEG:VideoMedia swVq%]')"  
{ B K'!WX  
public override void Play() <L__;j1Wx  
{ 4>gMe3]0  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); t p.qh]2c  
} '* +]&~b  
} )]%GNdU  
k:w\4Oqd  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 q*ZjOqj  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: { A(= phN  
!o 7uZC\  
public interface IMedia .JpYZ |  
{ BcT|TX+ct  
void Play(); -NVk>ENL4  
} T!hU37g h?  
2 f]9I1{  
public abstract class AudioMedia:IMedia NDRk%_Eu(  
{ O329Bkg  
public abstract void Play(); A]{8 =  
} &Sc}3UI/F  
MWCP/~>a2  
public abstract class VideoMedia:IMedia C<6IiF[>%  
{ >:s.` jV<  
public abstract void Play(); VYhZ0;' '  
} {nbD5 ?   
E YUr.#:  
这样再更改MediaPlayer类的代码: ,7pO-:*g  
public class MediaPlayer 1GW=QbO 6  
{   '8>#`Yba  
public void Play(IMedia media) q5[%B K  
{   d `Q$URn|  
  media.Play(); "$#x+|PyC  
} 'W$jHs  
} +gOCl*L  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 *kxk@(lT?  
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。 =? xA*_^  
  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。 B{|P}fN5}  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =?57*=]0M  
{ >;QkV6i7  
IMedia media = null; fZXJPy;n  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 5-w6(uu  
{ xGqe )M>8?  
  case ("mp3"): a'Qy]P}'Ug  
    media = new MP3(); q01zN:|-1  
    break; /PIU@$DV  
        //其它类型略; A"C%.InZ  
  case ("rm"): JPiC/  
    media = new RM(); '&3Sl?E  
    break;   B\}E v&  
  //其它类型略; Xt8;Pl  
} 1(!!EcU_  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Uz H)fB  
player.Play(media); q[q#cY:0  
} K I$?0O  
,_Fq*6  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 i[^?24~ c  
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。 bsPwTp^  
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。 1(!QutEb  
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。 x-Z`^O  
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: :%A1k2  
public interface IMediaFactory ix]3t^  
{ @^;WC+\0  
IMedia CreateMedia(); %I%F !M  
} '8k\a{t_z  
(1(3:)@S6  
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: Os8]iNvW\  
public class MP3Factory:IMediaFactory \J-O b  
{ r#]gAG4t\  
public IMedia CreateMedia() pp#Kb 2*  
{ w])bQ7)  
  return new MP3(); gA!-F}x$  
} F)_Rs5V:(  
} Ajq;\- :  
//其它工厂略; 4\2p8__  
\Ul*Nsw  
public class RMFactory:IMediaFactory akBR"y:~:H  
{ eJ%~6c`@!  
public IMedia CreateMedia() r em&F'x0V  
{ QD<^VY6  
  return new RM(); !V@Y \M d  
} BaiC;&(   
} YT, 1E>rd  
//其它工厂略; >H5BY9]I  
ED"5y  
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。 Y#{KGVT<  
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: ',6QL4qV/  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M5exo   
{ o|l)oc6{  
IMediaFactory factory = null; n1uJQt  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ?$;_a%v6  
{ cGsxfwD  
  //音频媒体  O\]CfzR  
  case ("mp3"): p4Vw`i+DnH  
    factory = new MP3Factory(); 'iMI&?8u  
    break; k'%c|kx8U  
  //视频媒体 p`Omcl~Q  
case ("rm"): +2B{"Czm  
    factory = new RMFactory(); )R9>;CuC9?  
    break;   Tr/wG  
  //其他类型略; Q-O:L  
} qJ"dkT*  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 9qwVBu ;  
player.Play(factory.CreateMedia()); -1S+fUkiK/  
} `z5j  
B Ibcm,YQ  
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。 %'4dg k  
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: jDgiH}  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^bL.|vB  
{ vT%rg r  
IMediaFactory factory = null; )@1_Dm@0b  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n?Gm 5##  
{     x gaN0!  
  case ("mp3"): !pw%l4]/t  
    factory = new MP3Factory(); f>ED  
    break; yW|yZ(7  
    //其他类型略; z O$SL8U  
  case ("rm"): \~jt7 Q  
    factory = new RMFactory(); v]U[7 j  
    break;   YZpF*E;6t  
  //其他类型略; "H%TOk7l  
} ?)4|WN|c_  
IMedia media = factory.CreateMedia(); wOHK dQ'  
media.Play(); V}pw ,2s  
} RS<c&{?  
X-oou'4<  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 3{d1Jk/S  
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 RXl52#:  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 X@af[J[cQ  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: 4(u+YW GX  
X[NsdD?w1+  
<appSettings> kfm8F8sxl  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> L-@j9hU{  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 6n%^ U2H/-  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> "M_X9n_  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ~O@V;y  
</appSettings> o~<fw]y  
oc\rQ?  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: }4_izKS  
private void InitMediaType() 7i 334iQZ  
{ te" 8ZmJ  
cbbMediaType.Items.Clear(); a4g=cs<9}  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) vWe)cJ  
{ 8EbYk2j  
    cbbMediaType.Item.Add(key); _~Lhc'^p*  
} i1  SP  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; !ybEv | =  
} h5Qxa$Oq  
K.l?R#G`,F  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: *1;<xeVD  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) G-M!I`P  
{ {l *ps-fi  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 1v`<Vb%"}T  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); _k5KJKvr  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; vuDp_p*]S  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, Y/gVyQ(  
factoryDllName).Unwrap(); 1mI)xDi9  
IMedia media = factory.CreateMedia(); w4(DR?[nC  
media.Play(); w`>xK sKW>  
} d<7xSRC   
x-y=Jor  
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。 QhpE2ICU  
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: Z?"Pkc.Ei  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 3gv>AgG  
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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