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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 J!d 7  
E*sQ|" g  
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。 C[-M ~yIL  
一、传统过程化设计思想 Jq5](F!z  
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: ajy +%sXf=  
public class MediaPlayer T3_3k. ,|  
{   \CY_nn|&g  
private void PlayMp3() ujLz<5gKuO  
{ Vr<eU>W  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); U.$7=Zl8t  
} m0}1P]dc  
8]`LRzM  
private void PlayWav() ?2q;`Nb  
{ + a,x  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); W$>AK_Y}  
} wN+3OPM  
xJ);P.  
public void Play(string audioType) 7;8#iS/  
{   `|rr<Tsy\  
  switch (audioType.ToLower()) [U^@Bkh  
  { pzQWr*5a  
    case ("mp3"): !,(6uO%  
    PlayMp3(); 8mmHefZ}2!  
    break; [X\<C '<  
    case ("wav"): \#hp,XV>  
    PlayWav(); \FL`b{!+ N  
    break;       f4 [Bj{F  
  }   M[= #%U3*N  
} +kj d;u#  
} ?a]1$>r  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 'QP~uK  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 C-TATH%f^  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 0ECQ>Ux:  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 -s!cZ3  
二、面向对象设计思想 7rZE7+%]  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 6p}dl>T_y  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 8rNRQOXOa  
public class MP3 2," (  
{ p%]ZG,  
public void Play() Q+ogVvMq>  
{ w(EUe4 w{  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Wu1">|  
} B7u4e8(E*  
} +vSp+X1E  
\G~<O071  
public class WAV u]uUm1Er  
{ |/M^q{h&7s  
public void Play() A4mnm6Tf  
{ Ltrw)H}  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); F5(DA  
} AB0>|.  
} +*')0I  
6$y$ VeW  
Public class MediaPlayer .*,W%r?1n6  
{ )bkJ[ '9  
  switch (audioType.ToLower()) *$Tz g!/  
  { .271at#-  
    case ("mp3"): ro8c-[V  
        MP3 m = new MP3(); ;&~9k?v7L  
    m.Play(); ndE"v"_H  
    break; LV6BSQyQ  
    case ("wav"): \5q0nB@i5y  
    WAV w = new WAV(); h)o5j-M>4  
w.Play(); G,,7.%eib=  
    break;       -h`[w:  
  } iYR`|PJi  
}   +)06*"I  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ./r#\X)dc  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 8IQqDEY^  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 /f Ui2[y  
public class AudioMedia SbX#$; ks~  
{ ^dP]3D1 @  
public void Play() Tsc2;I  
{ }n;.E&<[  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Pg%k>~i  
} 3$#=* Zp  
} +j!$88%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)。 $Ao iH{f  
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: yM`QVO!;  
public abstract class AudioMedia e'MLLC [  
{ OY'6~w9  
public abstract void Play(); 37U$9]  
} Y3M"a8e'  
8v12<ktR`  
public class MP3:AudioMedia BqG7E t  
{ C?-_8OA  
public override void Play() D@iE2-n&V  
{ (V:)`A_-  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +h?Rb3=S  
} h#?)H7ft  
} G$7!/O%#_  
5y8ajae:  
public class WAV:AudioMedia e00s*LdC  
{ gg+!e#-X  
public override void Play() -_p@I+B  
{ O@7={)6qc  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); +T*]!9%<`:  
} ^Sj*  
} @S#Ls="G  
wVac6q  
public class MediaPlayer : kw14?]_  
{   9|5>?'CqP  
  //根据需要完成任务的单向分派 (+w.?l  
public void Play(AudioMedia media) {Ip)%uR  
{   g(-}M`  
  media.Play(); ;: 4PT~\*  
} Z0!yTM/C  
} cK _:?G  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 nZP%Z=p7  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 2y` :#e`x1  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 9Lp[y%{GP  
public abstract class VideoMedia FF'Ul 4y  
{ Q2jl61d_9  
public abstract void Play(); .~Y% AI  
} r;'Vy0?AL  
1 ,e`,  
public class RM:VideoMedia .~jn N  
{ p5?8E$VHV  
public override void Play() /}&@1  
{ s3+6Z~g'B  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); ZB5u\NpcW  
} ^,,lo<d_L  
} 5nh:S0M6V  
-gR }^D   
public class MPEG:VideoMedia e,I{+ ^P  
{ >X0c:p Pu  
public override void Play() j`LvS  
{ b _%W*Q  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); C=!YcJ9  
} |p"4cG?)  
} n.tJ-l5[  
O9jpt>:kZ  
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。 GJ P\vsaQ  
  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: b]XDfe  
D! $4  
public interface IMedia +x:-W0C:  
{ i48Tb7Rx~n  
void Play(); ~ s# !\Ye  
} hJasnY7  
` 8OA:4).  
public abstract class AudioMedia:IMedia t}A n:  
{ ppXt8G3% x  
public abstract void Play(); w?Nx ^)xX  
} A_xUP9g@?  
9!UFLZR  
public abstract class VideoMedia:IMedia ," ~4l&  
{ O({vHqN>  
public abstract void Play(); MsLQ'9%Au  
} l! 9G  
^Z~'>J  
这样再更改MediaPlayer类的代码: [/Ya4=C@  
public class MediaPlayer _?J:Z*z?  
{   oMer+=vH  
public void Play(IMedia media) }Pf7YuUZZ  
{   #M5[TN!  
  media.Play(); xulwn{R s  
} Lf} @v  
} -4!i(^w[m/  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 q[T='!Z\  
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。 `Q~`Eq?@  
  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。 y*fU_Il|!  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `Z!NOC  
{ J^]Y`Q`  
IMedia media = null; FdVWj 5 $a  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) +5C*i@v  
{ )Og,VXEB  
  case ("mp3"): '@Q aeFm  
    media = new MP3(); oP( Hkp,'  
    break; ee5QZ,  
        //其它类型略; qGgqAF#B  
  case ("rm"): l: X]$2;  
    media = new RM(); u%`4;|tI  
    break;   8E9W\@\  
  //其它类型略; 2(Ez H  
} =|G l  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); @vcvte  
player.Play(media); Tl ?]K  
} 2~BId&]  
3cztMi  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ?]bZ6|;2  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 %}%vey  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 d,0Yi u.p  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 r\sQ8/  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: k2S6 SB  
public interface IMediaFactory MX.=k>  
{ =5yI>A0  
IMedia CreateMedia(); E*_lT`Hzf  
} gbJz5EEq  
}\oy?_8~  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: {V)Z!D  
public class MP3Factory:IMediaFactory !ENb \'>J>  
{ wZV/]jmlEt  
public IMedia CreateMedia() jSyF]$"  
{ L>qLl_.  
  return new MP3(); 1vF^<{%v  
} u4kg#+H  
} o]vU(j_Ju  
//其它工厂略; B[R1XpB7  
Y"U -Rc  
public class RMFactory:IMediaFactory m+J3t @$  
{ 8>sToNRNe  
public IMedia CreateMedia() BEv>?T 0  
{ oU.LYz_  
  return new RM(); tE: m& ;I  
} %TA3o71  
} 4Fr\=TX  
//其它工厂略; fem>WPvG  
~Z'3(n*9  
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。 K8l|qe  
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: U_UX *  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) W&U Nk,  
{ \HzI*|*A  
IMediaFactory factory = null; fi2@`37PM  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) n>Rt9   
{ x@I(G "  
  //音频媒体 6BJPQdqSl  
  case ("mp3"): _"PT O&E  
    factory = new MP3Factory(); }cL9`a9j  
    break; YAIDSZ&l[  
  //视频媒体 s C9j73 vf  
case ("rm"): .cQ<F4)!tu  
    factory = new RMFactory(); [Pu~kiN  
    break;   ">G|\_ZF  
  //其他类型略; /Wh} ;YTv^  
} }D7q)_g=  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); L{)e1p]q  
player.Play(factory.CreateMedia()); ( *(#;|m  
} ^fLePsmd  
J/j?;qx]j  
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。 Xw=>L#Q  
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: DFz,>DM;  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ov=[g l  
{ Fvy__ qcHi  
IMediaFactory factory = null; n0T\dc~  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) aIv>X@U}  
{     @}K'Ic  
  case ("mp3"): McgTTM;E  
    factory = new MP3Factory(); `o 6Hm  
    break; X;7gh>Q'4  
    //其他类型略; &cSTem 0  
  case ("rm"): 4dXuy>Km  
    factory = new RMFactory(); 2z7+@!w/  
    break;   Wb] ha1$  
  //其他类型略; DAG2pc8zA  
} ?=B$-)/  
IMedia media = factory.CreateMedia(); O;9'0-F ?  
media.Play(); -;TqdL@  
} ?*~W  
x?:[:Hf   
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。 }jM&GH1  
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。 /#z5bo  
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。 gv}Esps R  
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: vr|9NP]v  
+-=w`  
<appSettings> +zQ a"Ep*  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> X ?/C9  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> h&+dIk\[3  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $!L'ZO1_r  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !F*7Mif_E  
</appSettings> Vf#X[$pc/  
W>Eee?  
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: i2SR.{&  
private void InitMediaType() ,F7W_f# @3  
{ TC80nP   
cbbMediaType.Items.Clear();  u%<Je  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ty|E[Ez1  
{ 4tR:O#($V  
    cbbMediaType.Item.Add(key); MO+g*N  
} 1D03Nbh|5  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; \`\& G-\  
} H3Y FbR  
.eAN`-t;  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: |1zoT|}q  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) `Ym7XF&  
{ nc#}-}`5  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); s l|n]#)  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 3%Z:B8:<y  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; tr6<89e(o  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, B] dvX  
factoryDllName).Unwrap(); +1R?R9^Fw  
IMedia media = factory.CreateMedia(); n 0_q-8r  
media.Play(); R _WP r[P  
} V(mz||'*  
(+d7cln  
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。 +85i;gO5  
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: =m.Lw  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 FUic7>  
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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