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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/n[m@O  
"!EcbR  
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。 ,UuH}E  
一、传统过程化设计思想 V(E/'DR  
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: Qa.u Mq  
public class MediaPlayer W | o'&  
{   YX#-nyK  
private void PlayMp3() L31|\x]  
{ /Ju;MeE9  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Pfs;0}h5  
} GQ-Rtn4v  
7sXxq4  
private void PlayWav() ,`aq+K  
{ Q1z;/A$Al  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Hik3wPnp  
} s8h-,@p  
B2O}1.  
public void Play(string audioType) b3VS\[p  
{   95V@X ^Ee  
  switch (audioType.ToLower()) 6VhjJJ  
  { jkvgoxY  
    case ("mp3"): wT{nu[=GH*  
    PlayMp3(); aT`%;i^  
    break; ~ _!F01s  
    case ("wav"): _H/8_[xk  
    PlayWav(); .e3+s*  
    break;       Q6r7.pk"SU  
  }   2j&AiD  
} R`~z0 d.  
} fX|Y;S-@+  
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。 ]i)j3 WDz]  
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。 @qHNE,K  
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! n9xAPB }  
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。 piZJJYv t  
二、面向对象设计思想 VZl6t;cn  
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! 0xXC^jx:  
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: )[|3ZP`  
public class MP3 GbaEgA'fa  
{ y?q*WUh  
public void Play() Vkc#7W(  
{ ,11H.E Z  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 5O6hxcMjT  
} #&7}-"Nd  
} `9b7>Nn<  
'uxX5k/D@t  
public class WAV D= h)&  
{ aX}P|l  
public void Play() Ez-[ )44/  
{ QD>"]ap,o  
  MessageBox.Show("Play the wav file.");  ({=gw9f  
} ]]wA[c~G  
} ;y2/-tL?  
BV[5}  
Public class MediaPlayer jav#f{'  
{ h^o{@/2  
  switch (audioType.ToLower()) i?F >+  
  { }I2@%tt?  
    case ("mp3"): 4zo5}L `Y  
        MP3 m = new MP3(); <N9[?g)  
    m.Play(); O~^"  
    break; L# 2+z@g  
    case ("wav"): ]h5Yg/sms  
    WAV w = new WAV();  pn5Q5xc  
w.Play(); L-k@-)98  
    break;       i0$kit  
  } F;<xnC{[  
}   M L>[^F  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 fk x \=  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) ^cz(}N 6&  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 k<\$OoOZ  
public class AudioMedia H"dJ6  
{ y`XU~B)J1  
public void Play() EG=Sl~~o  
{ PJL=$gBgKk  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); { >)#HD  
} A"rfZ`  
} E`uY1B[c  
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)。 z\%Ls   
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: d*%`!G  
public abstract class AudioMedia L|}lccpI  
{ R'@9]99  
public abstract void Play(); ~"kb7Fxp  
} &H`jL4S  
:1bWVM)  
public class MP3:AudioMedia x}"uZ$g  
{ 3 C<L  
public override void Play() l.NEkAYPmH  
{ G%W8S \  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); <yH4HY  
} CyXR i}W.  
} lUvpszH=  
8Y7Q+p|O  
public class WAV:AudioMedia V1 3N}]  
{ ikv Wh<=>H  
public override void Play() m4l& eEp  
{ &b%zQ4%d-`  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Z*= $8 e@  
} 9#MBaO8_"  
} j+uLV{~g6  
%~E ?Z!_W  
public class MediaPlayer "C{}Z  
{   ~ijVmWNk  
  //根据需要完成任务的单向分派 l^pA2yh|  
public void Play(AudioMedia media) &p4&[H?  
{   6&!PmKFO.  
  media.Play(); |w<H!lGe!$  
} <4g{ fT0  
} #0P$M!%  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 v{ 0=  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 iiS-9>]/  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: rPLm5ni  
public abstract class VideoMedia c*L0@Ak%  
{ /2=#t-p+  
public abstract void Play(); d\R,Q  
} 5#+^E{  
=,_ +0M9  
public class RM:VideoMedia H1QJ k_RL  
{ z6jc8Z=O  
public override void Play() p8h9Ng* &`  
{ -y8`yHb_  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); gT0BkwIV  
} iB%gPoDCL@  
} e%@~MQ-  
ToXki,  
public class MPEG:VideoMedia ,^w?6?,&l}  
{ =F]FP5V  
public override void Play() 0 yuW*z  
{ j}JrE,|  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); =}DR) 9  
} +zaA,e?\  
} s'E2P[:  
Rv$[)`&T  
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。 T"E6y"D  
  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: =u2l. CX  
J;{N72  
public interface IMedia WaVtfg$!  
{ ER5gmmVP@p  
void Play(); CF&6J$ZBgJ  
} BGD8w2  
mpuq 9)6  
public abstract class AudioMedia:IMedia u'|4?"uz  
{ r&R B9S@*h  
public abstract void Play(); Y2ZT.l  
} T arIPp  
}L+L"l&  
public abstract class VideoMedia:IMedia m'6&9Ja k  
{  -QM: q  
public abstract void Play(); toya fHf  
} kb{]>3Y"  
7VqM$I  
这样再更改MediaPlayer类的代码: TMlP*d#  
public class MediaPlayer wVicyiY]  
{   *W0y: 3dB3  
public void Play(IMedia media)  \N!AXD  
{   P@$/P99  
  media.Play(); xLNtIzx  
} Tx|Ir+f6L  
} VY;{/.Sa  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Rs-]N1V  
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。 544X1Ww2  
  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。 \>:CvTzF  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 4e~A1-  
{ \W1,F6&j  
IMedia media = null; R?~Yp?B^  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Q[vJqkgT  
{ s+,OxRVw(  
  case ("mp3"): \Xm,OE_v"  
    media = new MP3(); kP#B5K_U|  
    break; q3.j"WaP  
        //其它类型略; 66/3|83Z  
  case ("rm"): 7'Zky2F  
    media = new RM(); E^ P,*s  
    break;   QDs^Ije  
  //其它类型略; v(B<Nb  
} +BVym~*^  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); *.sVr7=j  
player.Play(media); 6x h:/j3  
} S M0~fAtE  
a`&f  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 {QcLu"?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。 0 fF(Z0R,  
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。 WHsgjvh"  
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。 Hyb3 ;yQ  
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: #MX'^RZ>2  
public interface IMediaFactory 6-yd]("  
{ 1rv)&tKs  
IMedia CreateMedia(); lD^]\;?  
} 4 Y ;Nm1 @  
N^HUijw<  
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: C\/xl#e<@  
public class MP3Factory:IMediaFactory _,xc[ 07  
{ <j&DK2u=i  
public IMedia CreateMedia() qfL~Wp2E;  
{ ';TT4$(m  
  return new MP3(); 5mJJU  
} c(:f\Wc3Z  
} As3.Q(#Z  
//其它工厂略; U]^HjfX\  
&<wuJ%'>)Z  
public class RMFactory:IMediaFactory SH_(rQby  
{ ]l1\? I  
public IMedia CreateMedia()  :rHJ4Tl  
{ P;P%n  
  return new RM(); yRSTk2N@  
} )2V:  
} ]Y2RqXA*  
//其它工厂略; q}~3C1  
p[hZ@f(z  
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。 (@%gS[]  
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: .q%WuQw  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) giZP.C"0  
{ Y' %^NP}o  
IMediaFactory factory = null; rG4';V^q  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ~i~7 n a|  
{ BybW)+~  
  //音频媒体 ] 8Q4BW  
  case ("mp3"): tNGp\~  
    factory = new MP3Factory(); |+iws8xK?  
    break;  @2Z#x  
  //视频媒体 zaah^.MA|  
case ("rm"): 3gv|9T  
    factory = new RMFactory(); V}dJ.I /#  
    break;   n` xR5!de  
  //其他类型略; k`0>36  
} 3[O=x XB  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); zUKmxy@  
player.Play(factory.CreateMedia()); Zb1<:[  
} NF+iza;DP  
c lNkph  
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。 {B[=?6tQ  
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: ^r*r w=  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &;+ -?k|  
{  c|M6 <}  
IMediaFactory factory = null; Z?%zgqTXb  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) h{AII  
{     W7U2MqQ  
  case ("mp3"):  ~ ip,Nl  
    factory = new MP3Factory(); T(t+ iv  
    break; '7+4`E  
    //其他类型略; lEhk'/~  
  case ("rm"): _tBTE%sO  
    factory = new RMFactory(); +n#V[~~8AI  
    break;   poToeagZ~Q  
  //其他类型略; }HY-uQ%@g  
} c )G3k/T5  
IMedia media = factory.CreateMedia(); Vm3v-=6  
media.Play(); p4'G$]#  
} jg.QRny^  
ig/%zA*Bo  
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。 <4P4u*/o  
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。 w)Q0_2p.  
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。 qNYN-f~@,  
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: <$X3Hye  
j!]YNH@  
<appSettings> O+]Ifm[  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" />  CCL   
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> G&4&-<  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> a>GyO&+Dkg  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ~} ,=OF-b  
</appSettings> LN@F+CyDc  
bI:zp!-.  
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: mGJasn  
private void InitMediaType() BFo5\l:q8  
{ tE)suU5Y  
cbbMediaType.Items.Clear(); wM2*#  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) K%^V?NP*{Z  
{ %O!v"Xh  
    cbbMediaType.Item.Add(key); %`&2+\`  
} ,M^P!  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Bh;7C@dq  
} @JyK|.b#0  
vSi.txV2  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5 N#3a0)  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )?X-(4  
{ k +H3Bq  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); (=* cK-3  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); R,pX:H&#+  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; TrLu~4  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, $shoasSuI  
factoryDllName).Unwrap(); x "^Xj]-  
IMedia media = factory.CreateMedia(); P] UJ0b  
media.Play(); "4uS3h2r  
} C/TF-g-_Y  
rvXWcu-"  
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。 K95p>E`9e  
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: ">y%iE  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [Pq}p0cD  
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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