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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) wjH zE  
HVi'eNgo  
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。 pmuvg6@h  
一、传统过程化设计思想 ~ksi</s  
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: KaPAa:Q  
public class MediaPlayer :flx6,7D  
{   @i 2E\}  
private void PlayMp3() /)YNs7gR  
{ , ]bhyp  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); B,?T%  
} %KsEB*' "  
m8A#~i .  
private void PlayWav() `7c~m ypx  
{ % Qmn-uZ  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); cr%"$1sY;  
} gwLf'  
#eoome2Q  
public void Play(string audioType) ]O]4z,n  
{   Z"/p,A9W9|  
  switch (audioType.ToLower()) uZNTHD  
  { h k] N6+@  
    case ("mp3"): 6.sx?YYM  
    PlayMp3(); i+A3~w5c  
    break; ~-ia+A6GIV  
    case ("wav"): c23oCfB>  
    PlayWav(); V LOO8N[o  
    break;       }q_<_lQ  
  }   2M.fLQ?  
} Kz~ps 5  
} qraSRK5  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 gH$ Mr  
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。 &-;4.op  
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! zNs55e.rx  
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。 xcd#&  
二、面向对象设计思想 S=MEG+Ad  
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! X3{G:H0\p  
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: yQ U{ zY  
public class MP3 WA5&# kg\  
{ /NLui@|R  
public void Play() Xnt~]k\"  
{ #jkf1"8C  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); t>L;kRujVJ  
} FtpK)9/4  
} QX!-B  
m,VOx7%n  
public class WAV V[RF </2T  
{ {:Orn%Q  
public void Play() `tB gH_$M  
{ y^;#&k!  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ynq}76 H0k  
} 6"wlg!k8  
} IoxgjUa  
I5`4Al  
Public class MediaPlayer L5Ebc#  
{ SzAJ2:qhl  
  switch (audioType.ToLower()) ! +a. Ei  
  { P Y_u/<u  
    case ("mp3"): 34`'M+3  
        MP3 m = new MP3(); 8*W#DH!  
    m.Play(); XeW<B0~  
    break; !<j'Ea  
    case ("wav"): |nc@"OJ  
    WAV w = new WAV(); I& 2c&yO  
w.Play(); IshKH -  
    break;       ' KP@W9j  
  } wrc,b{{[iM  
}   ^&B@Uw5{  
  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。 "7 4-4  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) @D.}\(  
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。 lAS#874dE  
public class AudioMedia 9Z|jxy  
{ 44gPCW,u  
public void Play() cA2V2S)  
{ - \ 5v^l  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); s6H]J{1F  
} ?h3Y)5xT  
} 9{'N{  
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)。 aAZZ8V  
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: a+[RS]le  
public abstract class AudioMedia HU1h8E$-  
{ n3T>QgK  
public abstract void Play(); ;%B(_c  
} bk[U/9Z\  
c' ^?/$H|  
public class MP3:AudioMedia wu7Lk3  
{ Umz KY  
public override void Play() <5-[{Q/2z  
{ (iBNZ7sJ  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); aEFJ;n7m  
} 68NYIyTW9  
} `EEL1[:BR  
q2/pNV#  
public class WAV:AudioMedia c#XXp"7k2  
{ !-z'2B*:^  
public override void Play() 9`T)@Uj2n  
{ bbtGXfI+SB  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 18)'c?^.  
} +dWDxguE{w  
} g%ndvdb m  
yd^ {tQi  
public class MediaPlayer + @A  
{   v6[!o<@"a  
  //根据需要完成任务的单向分派 c%^7!FSg  
public void Play(AudioMedia media) 7G:s2432  
{   0Be< X  
  media.Play(); )s)I2Z+  
} 6|K5!2  
} ZEXc%-M  
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)。 -0d0t!  
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。 QMA%$  
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: o906/5M  
public abstract class VideoMedia bH-ub2@qO  
{ }HL]yDO  
public abstract void Play(); 9"@\s$ OBk  
} e2L0VXbb  
6}Vf\j~  
public class RM:VideoMedia aFc1|.Nm  
{ .4_o>D  
public override void Play() A|CmlAW~^  
{ QEm|])V  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); d)"3K6s|5  
} 6~0$Z-);(  
} !!qK=V|>  
0v6)t.]s  
public class MPEG:VideoMedia H;D>|q  
{ pe0F0Ruy  
public override void Play() @:;)~V  
{ _U$<xVnP  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); efSM`!%j  
}  N O2XA\  
} w4_ U0 n3  
+ylTGSZS  
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。 !5wIIS:FT  
  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: ' WMh8)  
g6W)4cC8a  
public interface IMedia jAGTD I  
{ )r';lGh2#  
void Play(); zUDg&-J3  
} Hh%I0#  
kHk px52  
public abstract class AudioMedia:IMedia osciZ'~  
{ [N FFB96  
public abstract void Play(); iF*:d  
} Om\o#{D  
-Q2, "  
public abstract class VideoMedia:IMedia cy*?&~;  
{ F^l[GdUosK  
public abstract void Play(); 5 VRYO"D:  
} /xG*,YL/q  
s J\BF  
这样再更改MediaPlayer类的代码: HPpR.  
public class MediaPlayer 7t3X)Ah  
{   |VKK#J/  
public void Play(IMedia media) #w;v0&p  
{   rI{=WPI&WU  
  media.Play(); +U:$(UV'A  
} z^KJ*E  
} $JSL-NkE  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 w;D+y*2  
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。 FK6[>(QO  
  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。 PEN \-*Pv  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) bf0+DvIB  
{ )Z[ft  
IMedia media = null; 9K/HO!z  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) m2 -Sx  
{ =Xm@YVf&ZD  
  case ("mp3"): s.EI`*xylY  
    media = new MP3(); eD-#b|  
    break; -VZ-<\uH  
        //其它类型略; c~6>1w7SZ4  
  case ("rm"): nvca."5y  
    media = new RM(); }{M#EP8q+  
    break;   kSC}aN'  
  //其它类型略; z,|r*\dw  
} bAsYv*t%r  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :s=NUw_^  
player.Play(media); V zBqjE_  
} , l%C X.9  
AUeu1(  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 <m:m &I 8@  
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。 7}1~%:6  
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。 ]I-Z]m "  
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。 Rn#KfI:{  
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: 7ByTnYe~S  
public interface IMediaFactory ]&?Y~"{cD  
{ 3WN`y8l  
IMedia CreateMedia(); Kfm5i Q  
} F8hw #!Aq  
NIh:D bE  
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: hZ[E7=NTQ^  
public class MP3Factory:IMediaFactory MRQ.`IoS  
{ _AYXc] 4%  
public IMedia CreateMedia() r$5i Wu  
{ .#wqXRd  
  return new MP3(); lT4Hn;tnN  
}  rL/H2[d  
} _4TH4~cY  
//其它工厂略; qd+h$ "p  
Z.d 7U~_  
public class RMFactory:IMediaFactory ekI2icD  
{ - *F(7$  
public IMedia CreateMedia() Kqun^"Df  
{ H|,Oswk~-  
  return new RM();  zG+R5:  
} 4!$s}V=6  
} >Wh}f3C  
//其它工厂略; L93l0eEt  
BLN^ <X/  
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ilK-?@u+  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: zs%Hb48V   
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {zQS$VhXr  
{ &-s'BT[PGq  
IMediaFactory factory = null; O#&c6MDB:  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 0ph{  
{ .tkT<o-u<J  
  //音频媒体  pnMEB,)  
  case ("mp3"): b:=TB0Fx?n  
    factory = new MP3Factory(); rI^zB mrr  
    break; X_qf"|i  
  //视频媒体 g wz7krUTe  
case ("rm"): rX*H)3F  
    factory = new RMFactory(); Jm|+-F@I  
    break;   wg ^sGKN  
  //其他类型略; b'P eH\h{  
} =PUt&`1.a  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); j lp:lX  
player.Play(factory.CreateMedia()); u4m,'XR  
} V I,ACj  
}YjX3|8zL=  
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。 > *@y8u*  
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: ^BUYjq%(`  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) c;{Q,"9U  
{ yvgrIdEP  
IMediaFactory factory = null; )Y]{HQd  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UUF ;p2{f  
{     ub7zA!%  
  case ("mp3"): 6UevpDB  
    factory = new MP3Factory(); *"WDb|PBb  
    break; @lCJ G!u  
    //其他类型略; ex+\nD>t4  
  case ("rm"): Wqc)Fv70m  
    factory = new RMFactory(); o]Ol8I  
    break;   D,;\o7V  
  //其他类型略; MepuIh  
} !icT/5  
IMedia media = factory.CreateMedia(); iZPCNS"  
media.Play(); V~S0hqW[  
} %Rz&lh/  
aaKN^fi&  
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。 HQ|MhM/"  
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。 ;2@BO-3K  
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。 +zu(  
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: m~@;~7Ix  
V?Z.\~  
<appSettings> OS4q5;1#  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> # S}Z8  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 7a#4tqM#  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> e?`5>& Up  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> N-jTc?mT~&  
</appSettings> ET_W-  
N+LL@[  
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: =1O<E  
private void InitMediaType() 1^ _U;O:I  
{ iv?gZg   
cbbMediaType.Items.Clear(); k=4N(i/s  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) I&MY{f  
{ a\IP12F?  
    cbbMediaType.Item.Add(key); *5 |)-E  
} u)3 $~m~  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 0q.Ujm=,z  
} vohoLeJTj  
YFE&r  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 5nTY ?<x`k  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) *?y+e  
{ ?6L&WB  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 6 ` Aj%1  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); "VkTY|a  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; F^N82  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, @[#$J0q q  
factoryDllName).Unwrap(); s <   
IMedia media = factory.CreateMedia(); W?0 lV5/  
media.Play(); qb5#_1qz+^  
} ysmNio  
?pYKZg /c  
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。 %STliJ  
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: %|^OOU}  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 )x}l3\s  
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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