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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) xs$ -^FnD  
e^Glgaf  
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。 uKd79[1  
一、传统过程化设计思想 ak]H|D" 9  
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: >Gxh=**F  
public class MediaPlayer %vjfAdC  
{   A7sva@}W  
private void PlayMp3() UpCkB}OhR1  
{ *Au[{sR  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); #=aTSw X  
} @!2vS@f  
yo"!C?82=  
private void PlayWav() XF Wo"%}w  
{ mA0|W#NB  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); -3&mgd  
} @y{ f>nm  
wxo{gBq  
public void Play(string audioType) u eV,p?Wo  
{   %pr}Xs(-f  
  switch (audioType.ToLower()) g2W ZW#a)  
  { 7 ?"-NrW~  
    case ("mp3"): S]}W+BF3  
    PlayMp3(); 2U`g[1  
    break; `NARJ9M   
    case ("wav"): =1Tn~)^O  
    PlayWav(); ;>h:VnV(>(  
    break;        eAbp5}B  
  }   }tUr V   
} n3JSEu;J  
} m$bDWxm#e  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ) >8k8E  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 ,kw:g&A  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! C'xWRSDO  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 Q(ec>+oi  
二、面向对象设计思想 5u&hp  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! "y$s`n4Mj  
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: d m$iiRY  
public class MP3 ^<QF* !  
{ Q DJe:\n  
public void Play() .[>UkM0  
{ >'2=3L^Q  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 7DCu#Y[  
} @8'LI8 \/  
} iVqXf;eB!5  
4dI =  
public class WAV ]ppws3*Pa  
{ ()%;s2>F  
public void Play() &(,-:"{pNR  
{ E8PlGQ~z{d  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); xzOM\Nq?O  
} `Fs-z  
} WTQd}f  
<<[\ Rv  
Public class MediaPlayer -JfO} DRI  
{ A6%~+9  
  switch (audioType.ToLower()) 73>Hzpv0  
  { 1n )&%r  
    case ("mp3"): !DNk!]|  
        MP3 m = new MP3(); l6k.`1.In  
    m.Play(); P~7p~ke  
    break; *d$r`.9j  
    case ("wav"): xm bFJUMH  
    WAV w = new WAV(); Xe>   
w.Play(); EK<ly"S.  
    break;       NJ$c0CNy  
  } ?D S|vCae  
}   2kVQ#JyuRI  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 6HR^q  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 1i:Q %E F  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 n`2LGc[rP  
public class AudioMedia 8$y5) ~Q  
{ i $;y  
public void Play() S# sar}-I  
{ DS6g_SS3  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); t6a$ZN;  
} && E)  
} +tvWp>T+  
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)。 zTS#o#`!\  
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: 6`U]%qx_I  
public abstract class AudioMedia Q<d|OX  
{ -Gmg&yQ9  
public abstract void Play(); n>i}O!agg  
} e.? ;mD  
rhA>;9\  
public class MP3:AudioMedia "%]vSr  
{ tA]Y=U+Q  
public override void Play() Q2nqA1sRk  
{ X6k-a;  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 2r>I,TNHl  
} W+D{4:  
} RLr^6+v)U  
?-D'xqc  
public class WAV:AudioMedia Spt;m0W90  
{ +W[NgUrGJ  
public override void Play() mr\C  
{ [3fmhc  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); wA?q/cw C  
} N/i {j.=  
} T@x_}a:g  
<n{-& ;>  
public class MediaPlayer KB6`OT^b{r  
{   ooIA#u  
  //根据需要完成任务的单向分派 4oA9|}<FR  
public void Play(AudioMedia media) !;h`J:dN  
{   !<W^Fh  
  media.Play(); diDB>W  
} !J-oGs\ u  
} ~#y(]Xec2  
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)。  V4q v7  
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。 &n-)Alx  
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: Z]x)d|3;  
public abstract class VideoMedia uhO-0H  
{ 35 PIfq m  
public abstract void Play(); #AUV&pI[  
} CwQRHi  
_8'z"w F  
public class RM:VideoMedia ZAa:f:[#f  
{ KW-g $Ma  
public override void Play() pCt0[R;?  
{ >[a&,gS  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); fe$OPl~  
} Ch,%xs.)G  
} D ~LU3#n  
a?P$8NLr  
public class MPEG:VideoMedia Ze-MB0w  
{ B96"|v$  
public override void Play() XVWVY}  
{ UTph(U#  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); YMD&U   
} atmTI`i  
} To@77.'  
*>8Y/3Y\B  
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。 =%ZR0cWPoI  
  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: 9G=HG={  
CWW|?  
public interface IMedia b5.L== >  
{ 85 <%L:EC  
void Play(); /Ym!%11`  
} >P[BwL]  
-5TMV#i {  
public abstract class AudioMedia:IMedia T }^2IJ]  
{ TU}. /b@F  
public abstract void Play(); 2"C,u V@F!  
} I4%25=0?  
&L`yX/N2  
public abstract class VideoMedia:IMedia WSV[)-=:  
{ {H[3[  
public abstract void Play(); c?XqSK`',Z  
} PuoN<9 #  
ZKco  
这样再更改MediaPlayer类的代码: ?Y | *EH  
public class MediaPlayer C:$pAE(  
{   TB(!*t  
public void Play(IMedia media) kRH;c,E@  
{   |dI,4Z\Qb  
  media.Play(); 3E]IEf  
} $G@^!(  
} 9G"-~C"e3  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 z1`z k0  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 )*I%rN8b   
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 0f3C; u-q-  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ruTj#tWSo  
{ C8bv%9  
IMedia media = null; W9%B9~\G;+  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) '1te(+;e@  
{ fS?fNtD6<  
  case ("mp3"): Od@<L  
    media = new MP3(); vB;$AFh{  
    break; }}MZgm~U)  
        //其它类型略; ct-;L' a  
  case ("rm"): ("-`Y'"K  
    media = new RM(); nps"nggk  
    break;   5X=ik7m^  
  //其它类型略; IWD21lS  
} %2t#>}If!  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 2i_X{!0}  
player.Play(media); nH -1,#`g  
} oq3{q  
Ad]oM]  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 t ?404  
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。 )o>1=Y`[z  
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。 ?7CHHk  
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。 >W7IWhm3  
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: Wk*t-  
public interface IMediaFactory _E<  
{ Mh;rhQ  
IMedia CreateMedia(); g1zX^^nd,V  
} 1l`$.k  
q26%Z)'nf  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: <=7N2t)s4  
public class MP3Factory:IMediaFactory K`% I!Br  
{ @!zT+W&  
public IMedia CreateMedia() cA]Ch>]A%  
{ wc6v:,&  
  return new MP3(); Pu7cL  
} At=l>  
} Qpaan  
//其它工厂略; E+|r h-M7  
vspub^;5\  
public class RMFactory:IMediaFactory iJD_ qhd7  
{  }j /r  
public IMedia CreateMedia() Q($aN-   
{ 2lm{:tS  
  return new RM(); *2tG07kI  
} Gaxa~?ek  
} ZUxlk+o9d  
//其它工厂略; !ii'hwFm$  
oHI/tS4 _  
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。 ]p sx\ZMa  
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: Jb4A!g5C  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) UZq1qn@+  
{ jQ[M4)>_k`  
IMediaFactory factory = null; Vn1hr;i]  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Wr+1G 8  
{ d[Lr`=L;  
  //音频媒体 ,) JSX o  
  case ("mp3"): 2r~&+0sBP  
    factory = new MP3Factory(); t4E=  
    break; N2_9V~!  
  //视频媒体 YDMimis\H5  
case ("rm"): Jxy94y*  
    factory = new RMFactory(); b 7%O[  
    break;   l-mf~{   
  //其他类型略; <DjFMTCN  
}  ZD'fEqM  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); P Zc{wbjp&  
player.Play(factory.CreateMedia()); \d)~.2$G*  
} 1S26Y|L)  
u/8urxp y  
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。 lC&B4zec  
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: /P-Eg86V'  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) umo@JWr  
{ >S:>_&I`I  
IMediaFactory factory = null; CN"hx-f  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ]{<`W5 b/  
{     ]2Q:&T  
  case ("mp3"): 5V{zdS=  
    factory = new MP3Factory(); k)a-odNrb  
    break; L--(Y+vmf  
    //其他类型略; \%!~pfM I  
  case ("rm"): \dz@hJl:  
    factory = new RMFactory(); eHjn<@  
    break;   CNiUHUD  
  //其他类型略; xX ktMlI  
} +s'qcC  
IMedia media = factory.CreateMedia(); QQwD) WG  
media.Play(); WhR j@y  
} 0H-~-z8Y  
{LLy4m  
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。 KiJRq>  
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。 M9/c8zZ  
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。 kr C4O2Fkj  
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: ?5<Q+ G0r  
UA|A>c  
<appSettings> x1}7c9n K  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ?(^HjRUY  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> j5EZJ`  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ~$8t/c  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> lc71Pp>  
</appSettings> v3i]z9`  
!)(c_ uz  
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: . .|>|X4  
private void InitMediaType() 2y&m8_s-p  
{ ?1?zma S  
cbbMediaType.Items.Clear(); 0DBA 'Cv  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) `KgWaf-  
{ Y70[Nz  
    cbbMediaType.Item.Add(key); eL-9fld /n  
} 65ctxxWv1  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 9aR-kcvJIJ  
} hZ0CnY8 '  
.#,!&Lt  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: G' ~Z'  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) mOb*VH  
{ 5UQz6DK  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); [`~E)B1Y  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); >h0iq  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; V #0F2GV<,  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, }jQxwi)  
factoryDllName).Unwrap(); "i\rhX  
IMedia media = factory.CreateMedia(); 93-UA.+g  
media.Play(); ) /kf  
} * ?a-m\  
G $TLWfm  
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。 cu4&*{  
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: 8X@p?43  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 S0\;FmLIc  
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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