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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) _GaJXWMbk  
0%C^8%(x  
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。 @"87F{!  
一、传统过程化设计思想 *YV S|6bs  
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: fv'4f$U  
public class MediaPlayer 85Y|CN] vQ  
{   X)Gp7k1w  
private void PlayMp3() Ww9;UP'G  
{ j BS4vvX?  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); .(Y6$[#@  
} XX;6 P  
Opg#*w%-  
private void PlayWav() [ = M%  
{ |7F*MP  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); K'b*A$5o  
} L4' [XcY  
L10IF  
public void Play(string audioType) %_)zWlN  
{   |"7Pv skT  
  switch (audioType.ToLower()) {[OwMk  
  { f05d ;  
    case ("mp3"): |m>}%{  
    PlayMp3(); RIy\u >  
    break; &w\ I<J`T  
    case ("wav"): a-0cN 9  
    PlayWav(); yY=<'{!  
    break;       :{}_|]>K  
  }   LsTffIP  
} .XH8YT42  
} :=.*I  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 KFhG(   
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 LJuW${Y  
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! kn  Hv?#  
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。 ExhL[1E  
二、面向对象设计思想 W'$kZ/%[  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! AlX3Wv }  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 3:`XG2'  
public class MP3 X>,A  
{ *g7DPN$aQ  
public void Play() rG6\ ynBX%  
{ Da,Tav%b  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ([pSVOnIz  
} `iYc<N`  
} L,M+sN  
A~71i&  
public class WAV ~ =.CTm]vf  
{ f1cl';  
public void Play() ;93KG4a  
{ lo:~aJ8  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); i\x~iP&F$  
} z,Xk\@  
} n<R \w''x  
gxM[V>[  
Public class MediaPlayer htHv&  
{ [m#NfA:h,  
  switch (audioType.ToLower()) >>V&yJ_  
  { [j0w\{  
    case ("mp3"): V5s& hZZYa  
        MP3 m = new MP3(); FdxsU DL  
    m.Play(); ^, wnp@  
    break; l>Av5g)  
    case ("wav"): Z<]VTo  
    WAV w = new WAV(); {hd-w4"115  
w.Play(); otnV-7)@  
    break;       EAyukM2  
  } n-OWwev)  
}   e^frVEV  
  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。 Xw(3j)xQ  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) z93nYY$`Y  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 NbDda/7ki  
public class AudioMedia j+0.= #{??  
{ -tP.S1D  
public void Play() =uc^433.  
{ gz\j('~-D  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); ;Jo*|pju  
} !E0fGh  
} 1 ypjyu  
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。  ;MZbL)  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: ^0eO\wc?O  
public abstract class AudioMedia j4vB`Gr]  
{ \E&thp  
public abstract void Play(); l#ygb|=x  
} Rk{$S"8S_  
T>5wQYh$'  
public class MP3:AudioMedia lb95!.av+I  
{ )<Ob  
public override void Play() |VYr=hjo  
{ I1v@\Rb  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); NYwGK|  
} w(#:PsMo<  
} GZ,j?@  
)u Qvt-  
public class WAV:AudioMedia ChVY Vx(  
{ i6A$1(:h  
public override void Play() vVdxi9yk  
{ C=s((q*  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); $~ VcQ  
} !|(Ao"]  
} UL ck  
oE5;|x3  
public class MediaPlayer }Fz!6F2w  
{   vcV!K^M-  
  //根据需要完成任务的单向分派 *NF&Y  
public void Play(AudioMedia media) GJ>ypEWo  
{   lXw;|dGF  
  media.Play(); vhX-Qkt}  
} 1"d\ mE  
} C?(y2p`d\  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 w4aiI2KFq  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 Uv'uqt  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 9QZ}Hn`p  
public abstract class VideoMedia 5@iy3olP  
{ Sn0Xl3yr  
public abstract void Play(); sB8p( L  
} ID+,[TM`  
v$Dh.y  
public class RM:VideoMedia > `0| X  
{ yq!CWXZ2  
public override void Play() ~6MMErSj  
{ (w}r7`n  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); qjzZ}  
} nHE+p\  
} "LXXs0  
dZ-Ny_@&  
public class MPEG:VideoMedia EO"=\C,  
{ Px$'(eMj^3  
public override void Play() :nt}7Dn'  
{ *:(1K%g  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); M$#+W?m&  
} 01-p `H+  
} Q.<giBh  
D8a)(wm  
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。 5#P: "U  
  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: 2"zIR (  
0NVG"-Q  
public interface IMedia x}uwWfe3  
{ E=A/4p6\$  
void Play(); ~xP Szf  
} l#mtND3  
]}5`7  
public abstract class AudioMedia:IMedia KqFmFcf|  
{ _AVy:~/  
public abstract void Play(); +V6j`  
} rknzo]N,  
MG;4M>H  
public abstract class VideoMedia:IMedia IM$ 'J  
{ LxIuxt=X|p  
public abstract void Play(); `Nkx7Z~w:  
} T3 =)F%  
o:h)~[n|  
这样再更改MediaPlayer类的代码: byp.V_a}/  
public class MediaPlayer W5TqC  
{   >Zi|$@7t-  
public void Play(IMedia media) K~P76jAe$  
{   HE9. k.sS  
  media.Play(); U9bFUK/z  
} kVy"+ZebK  
} >>/nuWdpO  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 "sC$%D<oc  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 \%Pma8&d  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 R%Kl&c  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t!NrB X  
{ (q055y  
IMedia media = null; }o~Tw?z-|  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) L!`*R)I45  
{ }ZxW"5oq  
  case ("mp3"): jc3ExOH  
    media = new MP3(); |L*6x S[  
    break; 9 Wxq)  
        //其它类型略; ytg7p5{!i  
  case ("rm"): .0 rJIO  
    media = new RM(); ^XtHF|%0T  
    break;   fN~8L}!l  
  //其它类型略; +SP! R[a  
} rjfc.l#v  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 4X<Oux*  
player.Play(media); FuIWiO(  
} Z#H@BWN7  
dP$y>%cB  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 0%vixR52  
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。 L2:oZ&:u`J  
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。 e,PQ)1  
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。 aMe%#cLI  
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: f J,8g/f8  
public interface IMediaFactory *C,$W\6sz  
{ #u!y`lek  
IMedia CreateMedia(); vbW\~xf  
} G:H(IA7Z  
<e@I1iL37y  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: !H2C9l:rd  
public class MP3Factory:IMediaFactory '5&B~ 1&  
{ &Z#Vw.7U  
public IMedia CreateMedia() 8Xt=eL/P  
{ 5<0Yh#_  
  return new MP3();  ] I N -  
} hg)!m\g  
} n:%'{}Jw  
//其它工厂略; aTmX!!  
P#M<CG9  
public class RMFactory:IMediaFactory e!O &~#'h}  
{ (cbB %  
public IMedia CreateMedia() X7(rg W8  
{  M}_M_  
  return new RM(); 0nF>zOmc  
} )AZ`R8-A  
} +9& ulr  
//其它工厂略; IFHgD}kp%#  
0O@[on;Bd  
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 CJ37:w{%*Y  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: iX&Z  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2b vYF ;<r  
{ 6PVlZ  
IMediaFactory factory = null; 4jI*Y6Wkz  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^;v.ytO*  
{ *GY,h$Ul  
  //音频媒体 5cv, >{~5  
  case ("mp3"): ePFC$kMn  
    factory = new MP3Factory(); ;1Tpzm  
    break; 5Lo==jHif  
  //视频媒体 C 6:pY-  
case ("rm"): ^+YGSg7  
    factory = new RMFactory(); ^+.e5roBKj  
    break;   yDl5t-0`  
  //其他类型略; 4.$hHFqS^5  
} |G5=>W  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); iyHp$~,q?t  
player.Play(factory.CreateMedia()); -F~9f>  
} cfF-e93T  
]Y/pSwnV  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 OmQuAG ^\x  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: lVO(9sl*i  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )Q N=>J  
{ *AJezhR  
IMediaFactory factory = null; S a#d?:L  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) t2U]CI%  
{     Amq8q  
  case ("mp3"): x<j($iv  
    factory = new MP3Factory(); %QlBFl0a  
    break; <CdG[Ih  
    //其他类型略; h3vm< R;  
  case ("rm"): Ii2g+SlQDa  
    factory = new RMFactory(); 4 Q>jP3  
    break;   pu m9x)y1  
  //其他类型略; +BTNm66Z  
} )y [[Se  
IMedia media = factory.CreateMedia();  ;#Bh_f  
media.Play(); Toa#>Z*+Rb  
} }<x!95  
c&iK+qvh{  
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。 rSFXchD/  
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。 jL[Is2<@  
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。 .$T:n[@  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: Z~.]ZWj -  
|<o>$;mZ  
<appSettings> ]idD&5gd  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> A0 w `o  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> Z6 |'k:R8  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> .]d tRH<  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> "5z6~dq  
</appSettings> P(gID  
5In8VE !P  
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: f;; S  
private void InitMediaType() "u> sS  
{ NX #/1=  
cbbMediaType.Items.Clear(); !-}*jm p<  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) # ;KG6IE  
{ :FgRe,D  
    cbbMediaType.Item.Add(key); y5tAp  
} ^Ypx|-Vu!  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; /xbF1@XtL  
} A2FU}Ym0=  
4oEq,o_  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: ^cXL4*_=  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) &!EYT0=>p  
{ L5P}%1 _  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); "+ JwS  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); QZq9$;>dW  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ;77o%J'l  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, vrldRn'*9  
factoryDllName).Unwrap(); @ tp7tB ;  
IMedia media = factory.CreateMedia(); _+Kt=;Y8  
media.Play(); = y,avR  
} 93eqFCF.  
V.[#$ip6:  
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。 U@AfRUF&  
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: N~KRwsDH  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 _o"3gfH&sJ  
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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