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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) t$PnQ@xu  
>I8hFtAM  
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。 p *W ZY=Q  
一、传统过程化设计思想 @qr3v>3X<  
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: E't G5,/m  
public class MediaPlayer lo]B 5_en  
{   ~"<VUJ=Ly:  
private void PlayMp3() }9+1<mT9a/  
{ w or'=byh\  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); $M3A+6["H  
} )zc8bS  
uB#B\i  
private void PlayWav() ph&H*Mc  
{ T~ q'y~9o  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); f29HQhXqS  
} @!O&b%8X%  
y\f8Ird  
public void Play(string audioType) *a0I  Z  
{   >"$-VY6i  
  switch (audioType.ToLower()) c:,{ O 0 #  
  { PuoJw~^h  
    case ("mp3"): .T$9Q Ar5  
    PlayMp3(); (.nJT"&  
    break; a ~iEps  
    case ("wav"): *d,n2a#n5  
    PlayWav(); g]#zWTw(   
    break;       !L.z4n,n+  
  }   H1ui#5n2  
} ht cO ~b  
} F]&J%i F[  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 #O974f8  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ZWe$(?  
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! -_f0AfU/a  
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。 #uw*8&%0  
二、面向对象设计思想 /$4?.qtu  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! =smY/q^3  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: "ZPbK$+=yU  
public class MP3 D~`YRbv  
{ qA_DQ):  
public void Play() /:L&uqA  
{ Kmf-l*7}  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); WxP4{T* <  
} $6?KH7lA  
} jw%FZ  
xXh]z |  
public class WAV q\pc2Lh?^  
{ SD.*G'N&2f  
public void Play() %fSk "%u%<  
{ 9NoPrR=x1  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); eMd1%/[  
} ~~E=E;9  
} b({b5z.A  
JI; i1@| b  
Public class MediaPlayer 6!=9V0G~  
{ |0 pBBDw  
  switch (audioType.ToLower()) UY& W]  
  { xu pdjT%4  
    case ("mp3"): ?[fl$EG  
        MP3 m = new MP3(); Uz8C!L ">C  
    m.Play(); Vm8_ !$F  
    break; <YNPhu~5  
    case ("wav"): o;-! ?uJ  
    WAV w = new WAV(); 2{tJ'3  
w.Play(); )Zr0_b"V:e  
    break;       &aht K}u  
  } lukRFN>c"  
}   G uI sM  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 /OtQk -E  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) iQR})=Q  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 tZ2iSc  
public class AudioMedia 30v1VLR_)  
{ b,V=B{(~  
public void Play() oDDH;Q"M(  
{ 5GpKX  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); g wiC ,  
} U`4Z j1y  
} IHMyP~{  
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。  2x J5  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: >\Pj(,'  
public abstract class AudioMedia ]6 7wk  
{ yBjWPx?  
public abstract void Play(); !7kOw65+0  
} *)SgdC/f  
n>+W]I&E  
public class MP3:AudioMedia [5:7 WqB  
{ pKlT.<X7  
public override void Play() S|h  m  
{ z4UQ:z@  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); vu \Dx9  
} QlXF:Gx"=  
} 6$;)CO!h  
7i8qB462  
public class WAV:AudioMedia HpC4$JMm  
{ qUg4-Z4  
public override void Play() 71ybZ 0  
{ Hx0,kOh)  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 4T^WRS  
} No|{rYYKK  
} 3CRBu:)m  
Q9V4-MC9  
public class MediaPlayer wi >ta  
{   ~ +$><qj  
  //根据需要完成任务的单向分派 O|m-k0n  
public void Play(AudioMedia media) dgD%I  
{   ';V+~pi  
  media.Play(); 3c6)  
} LJ#P- `!{&  
} e-meUf9  
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)。 ];]EK6dzG  
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。 (3*Hl  
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: >k-poBw  
public abstract class VideoMedia :Djp\ e6!  
{ SSC!BcC1  
public abstract void Play(); m 1;jS|  
} kniMXeiu  
]TOY_K8"z#  
public class RM:VideoMedia VX%\_@  
{ jX,~iZ_B  
public override void Play() fs12<~+z  
{ "MN'%"/  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); >,2],X"G  
} e.H"!X!0#H  
} X y<KvFy  
xK ux5u _  
public class MPEG:VideoMedia ".Ug A\0  
{ 0:8'Ov(  
public override void Play() FX 3[U+  
{ xI8*sTx 6  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); )Me&xQTn  
} m %3Kq%?O  
} 6w ,xb&S  
ITiw) M  
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,6=EK*3T  
  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: 0w]?yqnE  
_ji%BwJ  
public interface IMedia 4v .6_ebL  
{ 5gEK$7Vp  
void Play(); vX%gcs/@  
} ~?r6Ax-R  
$!@f{9+  
public abstract class AudioMedia:IMedia 7 #N @B  
{ c6|&?}F  
public abstract void Play(); jL1UPN  
} \O~P !`  
B~rK3BS  
public abstract class VideoMedia:IMedia G_]mNh  
{ J-c7ZcTt  
public abstract void Play(); 2S/7f:  
} ZC-N4ESr  
G7?EaLsfQ  
这样再更改MediaPlayer类的代码: N h%8;  
public class MediaPlayer v~3q4P  
{   NKrk*I"G  
public void Play(IMedia media) j!rz@Y3  
{   )-oNy-YL  
  media.Play(); Sm5"Q  
} ZAwl,N){  
} w@We,FUJN  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 j!dklQh0  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 \ZH=$c*W  
  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。 ,s K-gw  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) }S4Fy3)  
{ J)]W[Nk  
IMedia media = null; @<L.#gtP  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) CqV \:50g  
{ P/ 5r(l5  
  case ("mp3"): E~ kmU{D  
    media = new MP3(); t!GY>u>`  
    break; k6\c^%x  
        //其它类型略;  O(!'V~3  
  case ("rm"): ovp>"VuC  
    media = new RM(); ^ z;pP  
    break;   =Ju}{ bX  
  //其它类型略; "mA/:8`Q  
} _QY "#  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); +W`~bX+  
player.Play(media); 8:MYeE5  
} Q@R8qc=*  
(%1*<6ka  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 *:(t.iL  
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。 $fKWB5p|()  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 04:Dbt~=?p  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 *KAuyJr  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: rxA<\h,A  
public interface IMediaFactory P^UcpU,  
{ 7w|s8B  
IMedia CreateMedia(); #<{MtK_  
} p[Es4S}N  
r|+Zni]  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: "$_ypgRrSR  
public class MP3Factory:IMediaFactory 1mqFnVkf&+  
{ b,wO^07-3^  
public IMedia CreateMedia() [B Al  
{ u CXd% CzE  
  return new MP3(); :>=,sLfJ  
}  NNX/2  
} 53A=O gk8S  
//其它工厂略; (,>`\\  
bc-"If Z&  
public class RMFactory:IMediaFactory _" n4SXhq  
{ Qk= w ,`  
public IMedia CreateMedia() 4p]Y`];U  
{ %{Gqhb=u\  
  return new RM(); k6XO-a f  
} 6tM{cK%v1  
} 2B# \683  
//其它工厂略; %o-*~GQ@B  
8eNGPuoL)  
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。 7^1ikmYY  
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: [0 $Y@ek[  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `?:'_K i  
{ m(Oup=\%b}  
IMediaFactory factory = null; #AHIlUH"m  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +_<# 8v  
{ 4dO>L"  
  //音频媒体 q:( K^  
  case ("mp3"): lWR  
    factory = new MP3Factory(); v'uQ'CiH  
    break; O3Uu{'=0  
  //视频媒体 8^T' a^Wt  
case ("rm"): ?~$y3<[  
    factory = new RMFactory(); "3K0 wR5  
    break;   <NUZPX29  
  //其他类型略; l!1bmg#]$  
} UCQL~  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); tU(6%zvR  
player.Play(factory.CreateMedia()); @U}UCG7+  
} ny}?+&K  
\l`;]cA  
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。 +CACs7tV  
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: ,i}"e(f  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Y9Pb  
{ !vU[V,~  
IMediaFactory factory = null; eu~;G H  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) '{|87kI  
{     Cs$g]&a  
  case ("mp3"): t6tqv  
    factory = new MP3Factory(); #(7OvW+y  
    break; GxBj N7"  
    //其他类型略; /a,q4tD@  
  case ("rm"): ,Vogo5~X  
    factory = new RMFactory(); (wTg aV1  
    break;   R75sK(oS  
  //其他类型略; 54k Dez  
} It4F;Ah  
IMedia media = factory.CreateMedia(); {uw]s< 6  
media.Play(); tlW}lN}  
} 5\pizD/17  
tIg_cY_y  
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。 3TJNlS  
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。 ^t| %!r G  
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。 cD 1p5U  
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: $HaM, Oh;i  
 z\ \MLyS  
<appSettings> b_B4  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> L U7.  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> (* p |Kzu  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> hfY2pG9N  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ;;2s{{(R  
</appSettings> 4"GY0) Q  
-1@kt<Es  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: =lzjMRX(?  
private void InitMediaType() a^CIJ.P2  
{ J[^-k!9M  
cbbMediaType.Items.Clear(); 3o1j l2n  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) !$O +M#  
{ 5!wa\)wY  
    cbbMediaType.Item.Add(key); 1PWDK1GI8  
} B${Q Y)t  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; RSp=If+4  
} M;V2O;  
m49)cK?  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 7{p,<Uz<"U  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ec{pWzAe  
{ 5y.kOe4vH  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); |kjk{  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Tfj%Sb,zM  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 5YRa2#d  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, _- { >e  
factoryDllName).Unwrap(); NZv1dy`fa  
IMedia media = factory.CreateMedia(); &Y\`FY\   
media.Play(); &L_(yJ~-  
} gg<lWeS/3  
w'}b 8m(L  
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。 fi1tF/ `  
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: $[H3O(B0*  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 +"Ka #Z  
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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