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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) h;6@-\6  
,\M'jV"S K  
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。 k1<Py$9"  
一、传统过程化设计思想 x9=lN^/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: -:QyWw/d  
public class MediaPlayer `#V"@Go  
{   *VU Xw@  
private void PlayMp3()  <KpQu%2(  
{ y.Py>GJJ1S  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); C{D2mSS  
} 4}CRM# W2  
.&Z Vy{uP  
private void PlayWav() {:Q2Itsy  
{ |Yx8Ez  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); :1iw_GhJf  
} O]>Or3oO  
km^AX:r1  
public void Play(string audioType) z(ajR*\#  
{   B@4#y9`5  
  switch (audioType.ToLower()) z(xvt>  
  { 8P 8"dN[  
    case ("mp3"): $#!~K2$  
    PlayMp3(); YANEdH`d  
    break; +38t82%YWo  
    case ("wav"): VYwaU^  
    PlayWav(); s-*XAn ot  
    break;       >dM'UpN@  
  }   Wwz>tE  
} PIA&s6U  
} N  P"z  
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。 gR+Z"]  
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。 ;?rW`e2  
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! +0OQ"2^&  
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。 {`'b+0[;@  
二、面向对象设计思想 5q<kt{06\  
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! JsC0^A;fM  
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: *,. {Xf  
public class MP3 4Vs;Y&t]  
{ y|aWUX/a  
public void Play() yDKX,  
{ L=$P  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); fkYQ3d,`  
} OV[-m;h|  
} Zwc b5\Q  
ovl@[>OB  
public class WAV l20q(lb  
{ o^ 4+eE  
public void Play() *n47.(a2i  
{ 9 7g\nq<  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 'fB`e]_  
} dcA0k  
} IoX(Pa  
L/ZZe5I  
Public class MediaPlayer qHj4`&  
{ U t%ie=c  
  switch (audioType.ToLower()) WRgz]=W3w  
  { _w26iCnB{  
    case ("mp3"): _k}b  
        MP3 m = new MP3(); ("aYjK k  
    m.Play(); 3S,pd0;  
    break; 5 xiYCOy  
    case ("wav"): kSDV#8 uZ  
    WAV w = new WAV(); `XD$1>  
w.Play(); q<1@ut  
    break;       K,RIa0)  
  } D,7! /u'  
}   #8`G&S*  
  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 'F|z{8  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) cr!I"kTgD  
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。 QEVjXJOt0  
public class AudioMedia R =jK3yfw  
{ 5t PmrWZ  
public void Play() [:o#d`^  
{ C?|gf?1p  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); >!$4nxq2>  
} +,%x&L&I  
} /i]Gg \)  
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)。 eI[z%j[Y*  
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: NZ_45/(dx  
public abstract class AudioMedia 4M:oa#gh@  
{ a}fW3+>  
public abstract void Play(); <sTa Xaq?  
} T4UY%E!0  
Y}Ov`ZM!r  
public class MP3:AudioMedia !b 7H  
{ ^a(q7ZfY  
public override void Play() u]}Xq{ZN  
{ W=DQ6.   
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); MDlC U  
} 4, :D4WYWD  
} 7fVVU+y  
Uq&|iB#mF  
public class WAV:AudioMedia sC#Ixq'ls7  
{ iD\joh-C  
public override void Play() M,9WF)p)V  
{ 0t9G $23  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Fm@GU  
} LR^b?.#>  
} IuTTMAt  
T}zi P  
public class MediaPlayer [ -%oO  
{   w#o<qrpHf  
  //根据需要完成任务的单向分派 |[qI2-el?  
public void Play(AudioMedia media) :9)>!+|'  
{   l +#`  
  media.Play(); LWW0lG!_F  
} Wbc % G8  
} mX#T<_=d  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 zR/ATm]9  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 <sPB|5Ak  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: AXJC&O}`  
public abstract class VideoMedia \UiuJ+  
{ ubgq8@;  
public abstract void Play(); A*$vk2VWw  
} wM|-u/9+  
?GFVV->i  
public class RM:VideoMedia -wO`o<  
{ # ><.zZ  
public override void Play() Ao,lEjNI  
{ {!,+C0  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); ='mqfGRi>  
} k'{lo _  
} h.c)+wz/%C  
_x:K%1_[  
public class MPEG:VideoMedia ?=\h/C  
{ 0/%zXp&m  
public override void Play() Ar\`OhR  
{ #3qkG)  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); {u!,TDt*  
} g'IS8@  
} &r_:n t  
5ogbse"  
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。 ;eWVc;H  
  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: #)\KV7f! ;  
vg)zk2O  
public interface IMedia yyXJ_B  
{ HezCRtxRcc  
void Play(); |~>8]3. Y  
} c,+oH<bZZs  
`T mIrc  
public abstract class AudioMedia:IMedia wp@c;gK7  
{ t!K|3>w  
public abstract void Play(); tV<A u  
} t!PFosFp  
1e&`m~5K+  
public abstract class VideoMedia:IMedia rm2TWM|  
{ KLoHjBq  
public abstract void Play(); BtjsN22  
} *:_.cbo  
]-0 &[@I4@  
这样再更改MediaPlayer类的代码: 2Ay2 G-  
public class MediaPlayer q k !Q2W  
{   O ~"^\]\  
public void Play(IMedia media) 9zX\i oT  
{   ^+}<Q#y-  
  media.Play(); 8sL7p4  
} F35e/YfG  
} \tQRyj\|  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 'vh:(-  
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。 v!W,h2:J  
  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。 Kyv$yf 9  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ArF+9upGY  
{ k6dSj>F>  
IMedia media = null; }+u<^7$g|  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) j| 257D  
{ {6~W2zX&  
  case ("mp3"): f}@]dFr  
    media = new MP3(); d`2VbZC`  
    break; %T 88K}?=  
        //其它类型略; C=.  
  case ("rm"): bd%/dr  
    media = new RM(); z/;NoQ-  
    break;   Qx {/izc  
  //其它类型略; ptUnV3h  
} W/+|dN{O+g  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ql],Wplg  
player.Play(media); !QYqRH~ 5  
} fIFB"toiPE  
Rk"_4zJk  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 (}}BZ S&.  
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。 Fn 6>n04v  
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。 G66vzwO   
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。 0C3CqGP  
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: =m:0#&t,*  
public interface IMediaFactory x; :[0(st}  
{ ZY {,//  
IMedia CreateMedia(); m!v`nw]  
} Mj[ v _&N  
iS02uVmBZ  
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: Mq6"7L  
public class MP3Factory:IMediaFactory ~uV.jh  
{ G`w7dn;&  
public IMedia CreateMedia() Tl9_Wi  
{ \+ K ^G  
  return new MP3(); g{dyDN$5|w  
} <~f/T]E,  
} 2<<,aL*  
//其它工厂略; GT* \gZ  
B<+}_3.  
public class RMFactory:IMediaFactory IUI >/87u  
{ 3dC8MKPq0  
public IMedia CreateMedia() m,Os$>{Ok  
{ Z!tt(y\  
  return new RM(); rjfQ\W;}U  
}  x@Q}sW92  
} qc@CV:  
//其它工厂略; sgFpZk  
E@t^IGD r  
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。 +\Rp N  
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: 27gK Y Zf;  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) +|\dVe.  
{ 1)M3*h3  
IMediaFactory factory = null; L{osh0  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 6 70g|&v.  
{ Pgb<;c:4  
  //音频媒体 1P&c:n  
  case ("mp3"): R$NH [Tz  
    factory = new MP3Factory(); WCU[]A  
    break; Wrt3p-N"D  
  //视频媒体 HlLF<k~}  
case ("rm"): NNSn]LP  
    factory = new RMFactory(); Gv3a<Knn4  
    break;   ~[l2"@  
  //其他类型略; G^oBu^bq~  
} Xv6z>z.  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); = R; 0Ed&b  
player.Play(factory.CreateMedia()); &yWl8O  
} X+Xjf(  
pX|\J>u)  
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。 6i,d|  
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: 0l{').!_  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;PGC9v%i  
{ j2g#t  
IMediaFactory factory = null; }hEBX:-  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cd]d[{NJ;  
{     j[9xF<I  
  case ("mp3"): IZniRd;  
    factory = new MP3Factory(); iiKFV>;t/  
    break; (lT H EiX  
    //其他类型略; ME{i-E4  
  case ("rm"): \2pJ ]  
    factory = new RMFactory(); $0NWX  
    break;   d{I|4h  
  //其他类型略; lzw3 x  
} @UE0.R<  
IMedia media = factory.CreateMedia(); [K x_%Le  
media.Play(); 2r<UYB  
} ^=}~  
ngn%"xYX  
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。 ,r+=>vre  
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。 pu,/GBG_  
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。 uXyNj2(d.  
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: G{$9e}#  
_hK7hvM>  
<appSettings> o~2bk<]z  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> + .mIC:9  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> !nC Z,  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> B$_F)2%m;  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> l&^9<th  
</appSettings> DTI+VY .W^  
,bKA]#(2  
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: :$j!e#?=  
private void InitMediaType() ]Y}faW(&Y  
{ I?Hj,lN  
cbbMediaType.Items.Clear(); (SU*fD!t  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) YNH>^cD1  
{ 3@\vU~=P:  
    cbbMediaType.Item.Add(key); [A fV+$  
} (/Hq8o-Fw  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; GL9R 5  
} (+q?xwl!N  
o#4Wn'E  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: VEd\*  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) cg}46)^<QH  
{ !nU  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); KSc&6UVz^  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); "u3  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 'h([Y8p{  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, )|q,RAn  
factoryDllName).Unwrap(); RHz'Dz>0  
IMedia media = factory.CreateMedia(); VsNqYFHes&  
media.Play(); ?so 3Kj6H  
} T<mk98CdE  
K &Ht37T  
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。 9L*gxI>  
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: ,iB)8Km@U  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 [="moh2*f  
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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