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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) !b_IH0]U  
{^iV<>J  
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。 ]5CFL$_Q{  
一、传统过程化设计思想 ~*Wb MA  
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: H2p;J#cv@  
public class MediaPlayer q3t@)+l>*  
{   uWQ.h ,  
private void PlayMp3() R/7l2*  
{ M,P_xkLp  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); &v88x s  
} b1"wQM9  
AmFHn  
private void PlayWav() +ZO*~.zZ  
{ t@v8>J%K  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); c=CXj3  
} OYkd?LN  
9EW 7,m{A  
public void Play(string audioType) L M[<?`%p  
{   VB%xV   
  switch (audioType.ToLower()) 0rj*SC_  
  { @(L|  
    case ("mp3"): _L ].n)b  
    PlayMp3(); M~4!gKs  
    break; ~f:fOrLE#  
    case ("wav"): }M@pdE  
    PlayWav(); L K$hV"SYb  
    break;       J/ ~]A1fP6  
  }   }I0^nv1  
} 6W o7q\"  
} ubw ]}sfM#  
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。 MmB-SR[>P  
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。 BN67o]*]<  
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! =v}.sJ V?  
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。 Lj#6K@u@Z  
二、面向对象设计思想 *9PQJeyR  
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! EOiKwhrV  
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: 3h>Ji1vV  
public class MP3 /WMLr5  
{ +( d2hSIF  
public void Play() Phczf  
{ f.{0P-Np  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ( KrIMZ  
} ueOvBFgZ  
} f\JyN@w+  
=G`m7!Q)  
public class WAV qi$8GX=~r  
{ r_",E=e  
public void Play() $}829<gh7  
{ g|oPRC$I'  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 2t'&7>Ys{  
} :>;#/<3{  
} J&?kezs  
&nss[w$%C  
Public class MediaPlayer gV c[`( @h  
{ bP[/  
  switch (audioType.ToLower()) gDrqs>8  
  { \]D;HR`vo  
    case ("mp3"): !}%giF$-  
        MP3 m = new MP3(); [ kknY+n1  
    m.Play(); Ptg73Gm&R  
    break; 'nul{RE*  
    case ("wav"): UkC\[$-"\  
    WAV w = new WAV(); #r C% \  
w.Play(); K{c^.&6D  
    break;       0-FbV,:;  
  } 6 B )   
}   ]PFc8qv{  
  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。 fAK  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ?'%&2M zM  
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。 er_aol e  
public class AudioMedia W{`;][  
{ ;pNfdII(  
public void Play() (- uk[["3  
{ a36<S0R  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); 9:Y\D.M  
} 4-\a]"c  
} SOm~];[  
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)。 nD_g84us  
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: {|fA{ Q_R  
public abstract class AudioMedia NO&OuiN  
{ q&+GpR  
public abstract void Play(); *?uF&( 0  
} E,;nx^`!l  
V3-LVgM%  
public class MP3:AudioMedia a'|0e]  
{ a8N!jQc_m  
public override void Play() 1ayxE(vMcX  
{ q*T+8 O  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); b x@CzXre;  
} qAU]}Et/  
} f7`y*9^  
sU8D;ML7  
public class WAV:AudioMedia \nLO.,  
{ k_ skn3,u  
public override void Play() A4# m&o  
{ aoBM _#  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); l6O2B/2j  
}  2}`OjVS  
} rnW i<Se  
DCNuvrZ  
public class MediaPlayer U{ Y)\hR-  
{   XhS<GF%  
  //根据需要完成任务的单向分派 OTRTa{TB  
public void Play(AudioMedia media) 8z+ CYeV  
{   +"C0de|-  
  media.Play(); F2u{Wzr_@  
} bZ389dSn  
} kqy Y: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)。 H1X6f7`  
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。 Y-Z.AA,  
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: l-mUc1.S  
public abstract class VideoMedia q3;HfZ  
{ h7*m+/O  
public abstract void Play(); $ }&6p6|  
} |OC6yN *P)  
wk3yz6V2  
public class RM:VideoMedia 67#;.}4a  
{ 6L2.88 i  
public override void Play() ^v,^.>P  
{ X<1# )xC  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); ~h1'_0t   
} ]-O:|q>]  
} Q{>{ e3z}  
s)-=l _4T  
public class MPEG:VideoMedia <EE)d@%>v  
{ %9M_ * ]  
public override void Play() 2nw P-i  
{ (j'[t  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); .rS0zU  
} {RzlmDStV  
} <$UY{"?  
O|8p #  
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。 KQEnC`Nz  
  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: `InS8PLr  
U?kJXM2  
public interface IMedia $FD0MrB_+  
{ N[AX29  
void Play(); !#>{..}}3  
} _xbVAI4  
3 D\I#g  
public abstract class AudioMedia:IMedia 2cww7z/B  
{ nzU@}/A/  
public abstract void Play(); ATwPfo8jx@  
} :HwB+Bjy  
9XS'5AXN  
public abstract class VideoMedia:IMedia ^Zg"`&E  
{ #wt#-U;  
public abstract void Play(); 7^ER?@:W  
} oJ5V^.  
"_9Dau$  
这样再更改MediaPlayer类的代码: &u.t5m7(  
public class MediaPlayer ]A'E61t<n  
{   O7E0{8  
public void Play(IMedia media) { c]y<q  
{   H1N%uk=kV  
  media.Play(); Iz VtiX  
} c$>Tfa'H  
} Z5+qb  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。  aj1Zi3h  
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。 TJ+yBMd*%  
  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。 3C5<MxtK  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) edA.Va|0  
{ )y._]is)b  
IMedia media = null; x%0Q W  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 40mgB4I  
{ zU]95I  
  case ("mp3"): $+-2/=>Xk  
    media = new MP3(); >8EIm  
    break; yw2sK7  
        //其它类型略; Yf<6[(6 O  
  case ("rm"): lLl^2[4k5  
    media = new RM(); ?oP<sGp  
    break;    z7>  
  //其它类型略; KYMz  
} U#-89.x  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); #p Ld';  
player.Play(media); tK0?9M.)  
} |s=)*DZv  
u|i.6:/=  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 fm Fh.m.+N  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 6/ F]ncwG  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 aNw8][  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Y=\;$:L[  
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: jgbE@IA@!'  
public interface IMediaFactory O\8_;Gc;  
{ WF`y j%0  
IMedia CreateMedia(); bZz ,'  
} .r$d 8J  
&E0P`F,GQA  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: yKgA"NaM  
public class MP3Factory:IMediaFactory % ,1bh  
{ =UT*1-yh R  
public IMedia CreateMedia() yMB*/vs  
{ xXQDHc -Ba  
  return new MP3(); )BmK'H+l  
} +<7`Gn(n3  
} |]*]k`o<)  
//其它工厂略; v?vm-e  
DavpjwSn  
public class RMFactory:IMediaFactory :[A>O(  
{ }y;s(4  
public IMedia CreateMedia() %9C_p]P*  
{ .Xqe]cax%  
  return new RM(); F=bX\T7  
} *;5P65:u$>  
} V]&0"HX2r!  
//其它工厂略; <XDYnWz  
&3#19v7/  
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。 ===M/}r  
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: *#\da]"{  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) o)GLh^g_I'  
{ R,>LUa*u  
IMediaFactory factory = null; R utRA  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^Cs?FF@P  
{ "Y-_83  
  //音频媒体 Yi:@>A<#  
  case ("mp3"): =^%#F~o:  
    factory = new MP3Factory(); YEqZ((H  
    break; -C1,$mkj  
  //视频媒体 sT ]JDC6  
case ("rm"): { )=h  
    factory = new RMFactory(); ^M_0M  
    break;   A 0~uv4MC  
  //其他类型略; g ]%sX6T  
} .EpcMXT%  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mO%F {'  
player.Play(factory.CreateMedia()); qy|[V   
} FX}kH]  
=Kqb V{!  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 <#HQU<  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: rY yB"|  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Vz[tgb]-  
{ X+dLk(jI`u  
IMediaFactory factory = null; 1g<jr.  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) -!4Mmp"2@u  
{     1<766  
  case ("mp3"): h0ml#A`h  
    factory = new MP3Factory(); U|yXJ.Z3  
    break; vM5yiHI(jb  
    //其他类型略; KFZ2%:6>  
  case ("rm"): QmxI ;l  
    factory = new RMFactory(); ->_rSjnM{  
    break;   *ETSx{)8  
  //其他类型略; ))ArM-02  
} H;D 5)eJ90  
IMedia media = factory.CreateMedia(); IqD;*  
media.Play(); ;@/^hk{A  
} 9+S$,|9  
KUD&vqx3  
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。 C ^QpVt-T  
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。 jTHgh>n  
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。 wX/0.aZ|  
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: z'"e|)  
(+aU,EQ  
<appSettings> !:BmDX[<n  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> bSJ@ 5qS  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ,#?iu?i/  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> [0>I6Jl  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Tew?e&eO  
</appSettings> r8%"#<]/  
WtS5i7:<Y  
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: ;8Qx~:c  
private void InitMediaType() |[./jg"  
{ ; ,9:1.L  
cbbMediaType.Items.Clear(); }o,-@R~  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 1|bg;X9+  
{ <b>g^ `}?D  
    cbbMediaType.Item.Add(key); + PAb+E|,  
} {#U 3A_y  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; W!jg  
} Nl$b;~ u  
!a9`]c  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 4J5 RtK  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?q{HS&k  
{ % H/V iC  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); u7(<YSOs  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); -}x( MZ  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; H6/n  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, xwSi.~.  
factoryDllName).Unwrap(); i(O+XQ}Fyx  
IMedia media = factory.CreateMedia(); b%wm-p  
media.Play(); +Z7:(o<  
} BS*Y3$  
XU5GmGu_+  
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。 AJYZ`  
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: }t%2giJ   
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 pE4yx5r5  
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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