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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) :&]THUw  
^:b%Q O  
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。 ~}SOd<n)|  
一、传统过程化设计思想 [@Db7]nG  
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: %H-(-v^T*  
public class MediaPlayer iNTw;ov  
{   ++s=$D  
private void PlayMp3() IZ2c<B5&  
{ Q~5!c#r  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); V9v80e {n4  
} AT#&`Ew  
SI:+I4i  
private void PlayWav() D@Zb|EI%<  
{ . Q#X'j  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); _&/FO{F@m  
} hL\gI(B  
 TP6iSF  
public void Play(string audioType) Ax#$z  
{   UTatcn  
  switch (audioType.ToLower()) eBD7g-  
  { 6J|Ee1Ez  
    case ("mp3"): MDfE(cn2q  
    PlayMp3(); );LkEXC_'  
    break; P'prp=JD  
    case ("wav"): t~xp&LQiY  
    PlayWav(); W_zv"c  
    break;       ,gR9~k,  
  }   >L#HE  
} M PMa  
} *wml 4lh  
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。 H3=U|wr|  
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。 C+ B`A9  
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! MZt~ Abt  
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。 Az_s"}G  
二、面向对象设计思想 0@R @L}m  
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! *mQOW]x%  
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: M <3P  
public class MP3 0Hz*L,Bh4  
{ rPV\ F  
public void Play() ( }DCy23  
{ <y+8\m  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); *@'\4OO  
} p]d3F^*i  
} c k=  
3P1OyB  
public class WAV 33O@jb s@  
{ ?#F}mOVAa  
public void Play() 8oI)q4V  
{ q]%c 6{w  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Z8 \c'xN  
} sR`WV6!9  
} Xa._  
:tu_@3bg-  
Public class MediaPlayer V$Y5EX  
{ hJ0)"OA5  
  switch (audioType.ToLower()) j HT2|VGb*  
  { ;!(.hCHvr  
    case ("mp3"): Ku{DdiTg>  
        MP3 m = new MP3(); p]*BeiT#n%  
    m.Play(); D.2HM  
    break; Ly?yW S-x  
    case ("wav"): f`X#1w9  
    WAV w = new WAV(); ?`Oh]2n)6  
w.Play(); P=K+!3ZXo  
    break;       F`9;s@V*  
  } {0fQ"))"  
}   ]k[y#oB  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 [@@Ovv  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 4  |$|]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。 9,|&+G$  
public class AudioMedia iw|6w,-)C  
{ .'Vjs2 2  
public void Play() p<*\f  
{ v_*E:E  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Hh=D:kE  
} |9)Q =(  
} 36D-J)-Z  
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)。 ;b:Ct<  
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: }Y(yDg;"  
public abstract class AudioMedia D/_=rAl1  
{ OiAi{ 71  
public abstract void Play(); iG*3S)  
} [o)P  
c?L_n=B  
public class MP3:AudioMedia 5B{O!SNd  
{ jyPY]r  
public override void Play() <,,U>0?3  
{ jp2AU,Cl  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {\G4YQ  
} v7VJVLH,I7  
} 8Z>ZjNG  
vs|>U-Mpw~  
public class WAV:AudioMedia B[F,D  
{ eRllF` *  
public override void Play() 3`4g*wO  
{ uQ#3;sFO  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); K"1xtpy  
} @W|}|V5  
} @*W,Jm3Y  
emb~l{K$  
public class MediaPlayer krm&.J  
{   }' `2C$  
  //根据需要完成任务的单向分派 _$"qC[.  
public void Play(AudioMedia media) =rS z>l  
{   D .| h0gU  
  media.Play(); 1tG,V%iCp  
} & v=2u,]T  
} 0q"&AxNsP  
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)。 r'fNQJ >  
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。 pdsjX)O+f  
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: $(_Xt-6  
public abstract class VideoMedia Y;S+2])R2  
{ ^<xpp.eY  
public abstract void Play(); E,5jY  
} {U4BPKof  
%"@KuqV  
public class RM:VideoMedia S|Wv1H>  
{ rixNz@p'%  
public override void Play() 6gfv7V2H  
{ mY2 Ubn*  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); hRSRz5 J}  
} VN|P(S6  
} ro7\}O:I  
?G+v#?A  
public class MPEG:VideoMedia X:+;d8rCy  
{ )El#Ks5u  
public override void Play() UceZW tYa  
{ Lm"l*j4  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); K=VYR Y  
} (4n8[  
} =dUeQ?>t=  
hT9fqH  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 # 9Z];<g  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: 2J9_(w  
Q&^ti)vB  
public interface IMedia ?%(8RQ  
{ FSd842O  
void Play(); "CBe$b4  
} YY{S0jnhF  
#0"Fw$Pc  
public abstract class AudioMedia:IMedia \kZxys!4  
{ [F%INl-sy  
public abstract void Play(); G%-[vk#]  
} B@G'6 ?  
3J~Q pw0<  
public abstract class VideoMedia:IMedia 2ksX6M3kY  
{ * Ibl+  
public abstract void Play(); f {AbCi  
} xR q|W4ay  
Y~hBVz2g  
这样再更改MediaPlayer类的代码: ])egke\!  
public class MediaPlayer D`,W1Z#  
{   ?kX$Y{M}  
public void Play(IMedia media) L|EvI.f  
{   \$}^u5Y  
  media.Play(); F]@vmzr  
} lNowH0K!D  
} fB|rW~!v  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。  v4=9T<[  
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。 rg)>ZHx  
  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。 NGtSC_~d  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c#|!^gjf  
{ g"c\ouSY  
IMedia media = null; q+5g+9  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) f1y3l1/  
{ C:xg M'~+  
  case ("mp3"): !#` .Mv Z  
    media = new MP3(); W~2`o*\l  
    break; d}j%. JJK  
        //其它类型略; ~cQ./G4  
  case ("rm"): ET;YAa*  
    media = new RM(); u6Fm qK]Dj  
    break;   FY+0r67]  
  //其它类型略; {D J!T  
} Q^>"AhOiU  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); n*{aN}auJ  
player.Play(media); 5RXZ$/  
} =~6A c}$  
*UhYX)J  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 d,AEV_  
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。 AP5[}$TT  
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。 L|pMq!@J  
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。 }7&.FV "  
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: }5 ^2g!M  
public interface IMediaFactory z)p( l!  
{ zrVw l\&  
IMedia CreateMedia(); >?>@&A/  
} X)^eaw]Q0  
ZFwUau  
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: $X<O\Kna  
public class MP3Factory:IMediaFactory s)C5u;3!  
{ sh;DCd  
public IMedia CreateMedia() (37dD!  
{ z#9Tg"8]  
  return new MP3(); "g27|e?y  
} NV\t%/ ?  
} -E{D' X  
//其它工厂略; -i93  
&iKy  
public class RMFactory:IMediaFactory y0s=yN_  
{ c"D%c(:4|  
public IMedia CreateMedia() X.}i9a 6  
{ BwOIdz%]OY  
  return new RM(); q[?xf3  
} @cYb37)q=  
} 'kBg3E$y  
//其它工厂略; NzS(, F  
|pLx,#n  
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。 |)~t ^  
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: @7S* ]  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) n vzk P{  
{ 9u[^9tL+D  
IMediaFactory factory = null; <c'0-=  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) JR6r3W  
{ rfo7\'yk  
  //音频媒体 o6bT.{8\  
  case ("mp3"): )?`G"( y  
    factory = new MP3Factory(); H@, h$$  
    break; T)c<tIr6  
  //视频媒体 i?{)o]i  
case ("rm"): B^;"<2b*  
    factory = new RMFactory(); L5[{taZ,  
    break;   a gk w)#  
  //其他类型略; j!c~%hP  
} 6W\G i>  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); J2 ZV\8t  
player.Play(factory.CreateMedia()); b-8}TTL>  
} j_3`J8WwF  
'G>$W+lT^  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 n2A ; `=  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: {,+{,Ere  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <%4M\n  
{ '3|fv{I  
IMediaFactory factory = null; %T6 sm  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0Sj B&J  
{     rdH3!  
  case ("mp3"): {gz-w|7  
    factory = new MP3Factory(); ;mT  
    break; =h\unQ1T  
    //其他类型略;  CK+t6Gp  
  case ("rm"): emSky-{$u  
    factory = new RMFactory(); Q Yg V[\&  
    break;   nEt{ltsS0  
  //其他类型略; -e4TqzRr  
} s_;o1 K0  
IMedia media = factory.CreateMedia(); S4U}u l  
media.Play(); 5szJ.!(  
} `r'$l<(4WV  
1/f{1k  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 KCIya[$*  
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。 d&* c3F  
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。 a]/KJn /B(  
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: P$x9Z3d_  
>PzZt8e  
<appSettings> 4/ WKR3X  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ?Wz2J3A.2t  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> vQ* RrHG?c  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> \I:27:iAL  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> V'e%%&g~N  
</appSettings> `u}_O(A1pA  
_}Qtx/Cg  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: E a&NJ]& g  
private void InitMediaType() aXQS0>G%(  
{ @"` }%-b  
cbbMediaType.Items.Clear(); JH{/0x#+  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) VsJ+-IHm  
{ A"ATtid  
    cbbMediaType.Item.Add(key); jhf# gdz%  
} D h;5hu2"  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; r :$tvT*  
} "o+?vx-  
41Z@_J|&  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: F$DA/{.D  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) < #ON  
{ :Rb\Ca  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); |,p"<a!+{w  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); e2v`  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; <zR{'7L/  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, SFRP ?s  
factoryDllName).Unwrap(); `X5!s  
IMedia media = factory.CreateMedia(); /M%>M]  
media.Play(); IK\~0L;ozE  
} A!Cby!,  
x)*Lu">  
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。 6w7;  
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: 5PO_qr= Hx  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 o3dqsQE%  
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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