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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) A(*c |Aj9  
66-tNy  
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。 saTS8p z  
一、传统过程化设计思想 ^yX>^1  
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: S,x';"  
public class MediaPlayer )=VAEQhL-  
{   L'w]O -86  
private void PlayMp3() 1Qw_P('}  
{ bXSAZW f  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); @'<=E AXe  
} qrf90F)  
J7Mbv2D  
private void PlayWav() IN75zn*%  
{ Tje(hnN  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); -3u ;U,}  
} k [LV^oEg  
Iz[ohn!f  
public void Play(string audioType) M!aJKpf  
{   &["e1ki  
  switch (audioType.ToLower()) d( yTz&u)  
  { 6Yl+IP];i  
    case ("mp3"): oL~?^`cGZ  
    PlayMp3(); @nAl*#M*D  
    break; "W~vSbn7  
    case ("wav"): R.cR:fA  
    PlayWav(); X'U~g$"(+  
    break;       ]!j%Ad  
  }   1|m%xX,[  
} pp{ 2[>  
} m%=*3gH]&  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 R?IRE91 :  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Y?3f Fg  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! [+_>g4M~%  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 4fL`.n1^  
二、面向对象设计思想 g^^pPV K_  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 7pou(U  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: IdM~' Q>\  
public class MP3 >g m  
{ q[GD K^-g  
public void Play() lQd7p+ 21  
{ fm L8n<1  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); d8iq9AP\o  
} 6bPl(.(3  
} S9{A}+"K  
jtUqrJFlQ  
public class WAV &isKU 8n  
{ {PR "}x  
public void Play() rzs-c ?  
{ )xiu \rC  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); [N12X7O3  
} d&\3}uH  
} Z&79: 9=#>  
=^SxZ Bn  
Public class MediaPlayer \2]_NU5.  
{ \Hdsy="Dnh  
  switch (audioType.ToLower()) lF_"{dS_6(  
  { xP,b/T #a  
    case ("mp3"): X`1R&K;z^  
        MP3 m = new MP3(); uaz!ze+  
    m.Play(); qXhdU/ =  
    break; 0zE@?.  
    case ("wav"): ^,,}2dsb>  
    WAV w = new WAV(); [Ky3WppR  
w.Play(); .T)wG;+  
    break;       ,ryL( "G  
  } .`Q^8|$-K  
}   #=VYq4B=  
  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。 !=A;?Kdq  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) z:@:B:E  
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。 UoPY:(?;i  
public class AudioMedia ^5.XQ 0n  
{ Bp3E)l  
public void Play() 5 mC"8N1)  
{ yIrJaS-  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); IvT><8<G  
}  ?C#E_  
} u*TC8!n  
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)。 R(`:~@ 3\6  
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}q"^"#T  
public abstract class AudioMedia nYFrp)DLK  
{ -(t7>s  
public abstract void Play(); NC#F:M;b  
} IO:*F0  
Qr9;CVW  
public class MP3:AudioMedia T!8^R|!a6  
{ * <\K-NSL  
public override void Play() s4~[GO6>  
{ 'gvR?[!t  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Zym6btc  
} nuXL{tg6  
} ~/]]H;;^u  
USEb} M`  
public class WAV:AudioMedia v6s,lC5qR  
{ 68Gywk3]=u  
public override void Play() 1^4:l!0D  
{ viG,z4Zf  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); O=A2QykV(  
} H*'1bLzq  
} 8o$rF7.-  
RqtBz3v  
public class MediaPlayer ]x r0]  
{   ;^5k_\  
  //根据需要完成任务的单向分派 <Gi%+I@szl  
public void Play(AudioMedia media) A^>@6d $2  
{   f9W:-00QD  
  media.Play(); >ESVHPj]  
} ;:fW]5"R  
} S^eem_C  
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)。 cm(*F 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。 <w{?b'/q  
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|S]m!  
public abstract class VideoMedia ]>t~Bcn m  
{ j#1G?MF  
public abstract void Play(); 6^wI^`NI  
} STp9Gh-  
D%p*G5Bg3  
public class RM:VideoMedia `RL Wr,h  
{ Aqmpo3P[+  
public override void Play() m2c'r3UEu  
{ \8`7E1d  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); <+_XGOt0<  
} /MGapmqV9  
} wq$$. .E  
EtKq.<SJ  
public class MPEG:VideoMedia eDJnzh83  
{ )G/bP!^+(  
public override void Play() (/e&m=~  
{ wJy]Vyd  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file.");  U?*zb  
} um.ZAS_kmc  
} ^M'(/O1  
ye^x>a['  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 *;fTiL  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: x+X@&S  
o,*m,Qc  
public interface IMedia /)ZjI W"|  
{ @d WA1tM  
void Play(); b^/u9  
} &C9IR,&  
|+Y-i4t  
public abstract class AudioMedia:IMedia 6}^x#9\  
{ kE&R;T`Gb%  
public abstract void Play(); >C0B!MT?3%  
} 7=P)`@  
6] x6FeuS  
public abstract class VideoMedia:IMedia w2s`9  
{ gP% <<yl  
public abstract void Play(); oGcgd$%ZB  
} <Wn~s=  
`% 9Y)a/e  
这样再更改MediaPlayer类的代码: :3D8rqi:  
public class MediaPlayer |]&3*%b@  
{   ,} t%7I  
public void Play(IMedia media) T|~5dZL  
{   K *@?BE  
  media.Play(); 'V&g"Pb  
} $H<_P'h-B  
} V%R]jbHZ#  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 (JbRhcg  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 x6/u+Urn  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 ? NoNg^Of  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Ku[q #_7  
{ O60T.MM`  
IMedia media = null; G#7*O`  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i+`8$uz  
{ +3))G  
  case ("mp3"): zZ[kU1Fyv  
    media = new MP3(); Z\0wQ;}  
    break;  !XTzsN  
        //其它类型略; upMs yLp(  
  case ("rm"): _{o 3y"DZ  
    media = new RM(); b'O/u."O  
    break;   nAQ[ -NbW,  
  //其它类型略; {L$$"r,  
} ,zjz "7'  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); BsA4/Bf  
player.Play(media); 9"[,9HN  
} W%rUa&00  
%R5- 6  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 `@y~JNf!  
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。 1#Vd)vSP  
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。 P,8TO-e7  
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。 D&fOZVuqZ  
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: |K. I%B  
public interface IMediaFactory l(1.Ll  
{ );HhV,$n  
IMedia CreateMedia(); B/16EuH#  
} \>\ERVEd  
M[985bl  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: RSAGSGp  
public class MP3Factory:IMediaFactory 3_RdzW}f  
{ ?jmL4V2-f  
public IMedia CreateMedia() <mJ8~  
{ /sYr?b!/<6  
  return new MP3(); 8A0a/ 7Lj  
} U^}7DJ  
} )W_akUL  
//其它工厂略; 9<&*iIrM  
6# bTlmcg  
public class RMFactory:IMediaFactory # ,H!<X;SS  
{ A pzC  
public IMedia CreateMedia() (<.\v@7HC  
{ I>8_gp\1  
  return new RM(); n+ H2cl }  
} O\!'Ds+gX  
} jcC"vr'u|  
//其它工厂略; #HP-ne; #  
aY4v'[  
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 B3yTN6-  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: M4|ION  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ^$`mS&3/q  
{ tW!*W?  
IMediaFactory factory = null; %O!x rA{  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t!xdKX& }  
{ ~[F7M{LS  
  //音频媒体 X   
  case ("mp3"): W2%@}IDm  
    factory = new MP3Factory(); \ (`2@  
    break; ` ,SNqi  
  //视频媒体 ,yp#!gE~  
case ("rm"): %Cj_z  
    factory = new RMFactory(); DBGU:V,85  
    break;   gKQs:25  
  //其他类型略; GwA\>qXw  
} +tt!xfy  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); [CI0N I6F  
player.Play(factory.CreateMedia()); o[RwK  
} l['p^-I  
O46v  
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。 p,f$9t4  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: I5QtPqB>  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `t9k!y!GV  
{ X. Ur`X  
IMediaFactory factory = null; 1=T;68B  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 'C`Ykjf  
{     MSBrI3MqQ  
  case ("mp3"): @+~>utr  
    factory = new MP3Factory(); [+l6x1Am  
    break; v>nBdpjXh  
    //其他类型略; CAx eJ`Q  
  case ("rm"): j[mII5e7g  
    factory = new RMFactory(); d@$bPQQ$,  
    break;   Dk$<fMS,7c  
  //其他类型略; ai?N!RX%H  
} `'5vkO>  
IMedia media = factory.CreateMedia(); >z/.8!#Q  
media.Play(); z`$c4p6G6  
} @PLJ)RL  
&w`DF,k|  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 V?0IMc  
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 0WKS  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 lIx./Nf  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: Z]tQmV8e  
X@:Y./  
<appSettings> sV5") /~  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> zkqn>  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> j_h:_D4  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> JKrS;J^97v  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Zo^]y'  
</appSettings> SsZSR.tD  
%\|{_]h}y  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: /J!:_Nq  
private void InitMediaType() <Uj9~yVN]  
{ d+5~^\lV  
cbbMediaType.Items.Clear(); olL? 6)gC  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) |6^%_kO!|  
{ _/%,cYVc8!  
    cbbMediaType.Item.Add(key); Px*<-t|R-  
} b5 NlL`g  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 4 83rU  
} zA.0Sm  
`F&~SU,  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: IFS_DW  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) (C).Vj~  
{ XpE847!soL  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); :-Py0{s  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Su? cC/  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; k 9z9{  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, -}h^'#  
factoryDllName).Unwrap(); to,\n"$~!  
IMedia media = factory.CreateMedia(); eMFxdtH  
media.Play(); >zL5*:G  
}  O&|<2Qr  
$7g+/3Fu^  
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。 woP j>M  
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: E!mv}  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 t:vBVDkD  
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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