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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) FvTc{"w /  
K[/sVaPZ  
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。 q o^PS  
一、传统过程化设计思想 N~] 4,~  
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: ;5TQH_g  
public class MediaPlayer N# ?}r>W3  
{   Rz\:)<G  
private void PlayMp3() 9S8>"w^R  
{ ~E J+<[/  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); G+dQ" cI9  
} /%4wm?(eA  
Jq8CII  
private void PlayWav() $22_>OsA  
{ R_ |Sg  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Mb0l*'ZF  
} Rx\.x? &  
kafRuO~$  
public void Play(string audioType) k.MAX8  
{   y8k*{1MuO  
  switch (audioType.ToLower())  |)'6U3  
  { wEu"X  
    case ("mp3"): |y T-N3H@  
    PlayMp3(); njoU0f1`  
    break; #Y9'n0 AL  
    case ("wav"): S, g/2k*  
    PlayWav(); CR KuN  
    break;       }/cMG/%  
  }   N~/D| ?P~2  
} q[rBu9  
} HXY,e$c#y  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ^qgOgu  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 3\~ RWoB0u  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! Aqp$JM >  
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。 aOWfu^&H:  
二、面向对象设计思想 0w24lVR.  
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! D6wg^ 'Q:  
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: LEJ8 .z6$  
public class MP3 VUD ?iv7  
{ 2wKW17wj,  
public void Play() n@"h^-  
{ /ZcqKC  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); GLIe8T*ht  
} QL{{GQ_dn  
} X Nm%O  
`VB]4i}u  
public class WAV fsr0E=nV  
{ }>|!Mf]W?R  
public void Play() icnc5G  
{ _#2AdhCu  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); l[)ZEEP  
} AnUOv 2  
} Q:/BC= ~  
EP ;TfWc}1  
Public class MediaPlayer k- ?:0  
{ k;AV  'r  
  switch (audioType.ToLower()) R"0fZENTG  
  { mV58&SZT  
    case ("mp3"): T9,T'y>BD  
        MP3 m = new MP3(); w&F/P]1  
    m.Play(); 6)QJms  
    break; 4kZ9]5#.  
    case ("wav"): :mpR}.^hv  
    WAV w = new WAV(); y&$mN  
w.Play(); :W++`f&  
    break;       >We:g Kxr  
  } GOx+%`.R\  
}   HalkNR-eEm  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 ~S='~ g)  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 9w%|Nk>=>  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 ~gjREl,+D#  
public class AudioMedia xK3 xiR  
{ :Y AxL J  
public void Play() 3O W) %  
{ bkZ~O=uv$-  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Ckelr  
} -@wnQ?  
} %Q0J$eC  
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)。 _B5t)7I  
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: !E0zj9 [ R  
public abstract class AudioMedia Xg](V.B6  
{ :4ndU:.L  
public abstract void Play(); \; b)qB  
} 41d,<E  
z&"-%l.b@}  
public class MP3:AudioMedia *TjolE~o  
{ %/86}DCfE?  
public override void Play() S;582H9D  
{ ;U +;NsCH  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); T%%+v#+  
} &r{.b#7\/A  
} 4|&7j7<u  
R"au8f.  
public class WAV:AudioMedia I1H} 5 bf3  
{ A1zqm_X5)P  
public override void Play() Ew4>+o!  
{ GS%i<HQ3  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); nbnbG0r:  
} V7zF5=w  
} $uA?c& e  
H?dmNwkPY  
public class MediaPlayer x,s Ma*vd  
{   [w%MECTe  
  //根据需要完成任务的单向分派 Jl"),;Od  
public void Play(AudioMedia media) Q9lw~"  
{   0L34)W  
  media.Play(); 6AZJ,Q\E@  
} RP 2MtP"M  
} 3~e"CKD>  
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)。 ?UXKy  
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。 1_Um6vS#  
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: sckyG  
public abstract class VideoMedia >uok\sX  
{ ?fog 34g  
public abstract void Play(); hcw)qB,s  
} wW3fsXu  
}lzyl*.  
public class RM:VideoMedia f`5e0;zm  
{ IT,TSs/Y  
public override void Play() AsRS7V  
{ H61 ,pr>  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); [sC]<2 r  
} U!:Q|':=h  
} ubV|s|J  
v;S7i>\  
public class MPEG:VideoMedia (k9{&mPJ  
{ 10v4k<xb  
public override void Play() Azx4+`!-  
{ Le9^,B@Pb  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 5oQy $Y  
} P8K{K:T  
} h+k:G9;sS  
^$):Xz  
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。 k+>-?S,  
  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: D6,rb 9  
rn l~i  
public interface IMedia  {g?$u  
{ /I{<]m$  
void Play(); B\a-Q,Wf  
} 2R&msdF   
B$aA=+<S  
public abstract class AudioMedia:IMedia _94|^   
{ Vx@JP93|  
public abstract void Play(); #%U5,[<a8  
} sQrP,:=r#  
c>~"Z-VtX  
public abstract class VideoMedia:IMedia xU#f>@v!  
{ +0mU)4n/  
public abstract void Play(); ~6`HJ  
} F}P+3IaE  
K &m`1f  
这样再更改MediaPlayer类的代码: ^)Xl7d|m+  
public class MediaPlayer dEU +\NY  
{   EnXNTat})  
public void Play(IMedia media) rvZXK<@#+  
{   WpE\N0Yg  
  media.Play(); 59:Xu%Hp  
} PSz|I8 c  
} $pK2H0c  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 won;tO]\;@  
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。 _p/ _t76s  
  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。 o 5dPE{f  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) d^sS{m\  
{ 62~8>71;'  
IMedia media = null; s^F6sXhyPi  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) mt$0p|B8  
{ K^j7T[pR  
  case ("mp3"): 4$ LVl  
    media = new MP3(); To1 .U)do  
    break; ?zW4|0  
        //其它类型略; n}cjVH5  
  case ("rm"): m,KG}KX  
    media = new RM(); m[6?v;w  
    break;   {fe[$KQ  
  //其它类型略; b6sj/V8  
} !t/I j~o  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;5qZQ8`4  
player.Play(media); 4Cs |F7R  
}  nen(  
. _j9^Ll  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 \^O&){q(9  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 &5:83#*Oj  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 9?$Qk0jc  
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。 c \cPmj@  
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: fz'@ON  
public interface IMediaFactory z\wY3pIr2  
{ #!="b8F  
IMedia CreateMedia();  [@YeQ{  
} SPfz/ q{  
Kx,#Wg{H  
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: lezX-5Z  
public class MP3Factory:IMediaFactory ?`ETlFtD4  
{ wq$+m (  
public IMedia CreateMedia() OolYQU1_  
{ BZHba8c(  
  return new MP3(); ,gAa9  
} Zi'}qs$v  
} DJ)Q,l*|N9  
//其它工厂略; <r 2$k"*:  
h"R{{y f2  
public class RMFactory:IMediaFactory <k59Ni9  
{ H,8HGL[l  
public IMedia CreateMedia() kucH=96  
{ .d mUh-  
  return new RM(); aY:u-1  
} WBc,/lgZ  
} (%p@G5GU  
//其它工厂略; `^_c&y K  
t5t!-w\M$+  
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。 vH14%&OcN  
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: LC8&},iu  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) JTg:3<L  
{ 2h=QJgpCG  
IMediaFactory factory = null; D1G9^7:^E  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) {,;R\)8D  
{ 4v[Zhf4JM  
  //音频媒体 Bh<DqN  
  case ("mp3"): EhWYFQ  
    factory = new MP3Factory(); *z?Vy<u G  
    break; -!Ov{GHr0  
  //视频媒体 sKu/VAh x  
case ("rm"): xlKg0 &D  
    factory = new RMFactory(); <D}yqq@|  
    break;   #/"?.Z;SSH  
  //其他类型略; I= '6>+P  
} rl/]Ym4j  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 58]C``u@Y  
player.Play(factory.CreateMedia()); C3k[ipCN  
} "@s</HGo  
J ?y0R X  
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。 AQ)DiH  
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: Z@1vJH6IbA  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2=]Xe#5J=  
{ 6B8g MO  
IMediaFactory factory = null; B!j7vXM2  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) yiO/0nMp  
{     Z%m\/wr  
  case ("mp3"): Y[~Dj@Q<  
    factory = new MP3Factory(); #_pQS}$  
    break; ~~iFs ,9  
    //其他类型略; ][?@) )  
  case ("rm"): hI6Tp>b*~  
    factory = new RMFactory(); UD0#Tpd7  
    break;   HSG7jC'_  
  //其他类型略; pP|LSr Y!  
} goje4;  
IMedia media = factory.CreateMedia(); ]8o[&50y  
media.Play(); 4 Q<c I2|  
} nhImO@Q:  
JqTR4[`Z\  
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。 ^| r6>b  
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。 @3v[L<S{  
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。 .~AQxsGH  
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: /6@$^paB  
-qs R,H  
<appSettings> YZ(tjIgQ  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> qe_qag9  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> jccSjGX@w  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> $ISx0l~  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> T`W37fz0  
</appSettings> spG3"Eodi  
6|10OTVu`  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: (yO8G-Z0  
private void InitMediaType() LXq0hI  
{ .T*89cEu  
cbbMediaType.Items.Clear(); \J-}Dp\0b  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) LB\+*P6QM  
{ WT'?L{  
    cbbMediaType.Item.Add(key); UZ-[vD1n  
} 2q}lSa7r  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; kJNu2S  
} j<PpCL_8%  
I~T~!^}U  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: i~ITRi@  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) E HH+)mlo  
{ '9tV-whw  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); Lgrpy  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); r 3FUddF'  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; &'"dYZj{  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, \}:;kO4f  
factoryDllName).Unwrap(); hwi$:[  
IMedia media = factory.CreateMedia(); >o4Ih^VB  
media.Play(); Noi+mL  
} |wkUnn4UB8  
d37|o3oC  
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。 2@>#?c7  
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: I!u fw\[  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 k.?@qCs[  
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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