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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) KLX/O1B  
"6a8s;  
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。 /CTc7.OYt  
一、传统过程化设计思想 vLxQ *50v$  
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: r",]Voibd  
public class MediaPlayer c/ 5W4_J  
{   Z`&4SH=j  
private void PlayMp3() X w.p  
{ -8N|xQ378  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); hd 0 'u  
} <A9y9|>o  
Jdy=_88MD  
private void PlayWav() vzn{h)D  
{ ,/O[=9l36R  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); B>Wu;a.:L  
} j|tC@0A  
:pRpv hm  
public void Play(string audioType) sK=0Np=`  
{   H\ 1qI7N C  
  switch (audioType.ToLower())  KQ[!o!%  
  { }KD;0t4  
    case ("mp3"): StI1){Wf  
    PlayMp3(); 2m>-dqg  
    break; l6kmS  
    case ("wav"): qOaQxRYm%Y  
    PlayWav(); kcDyuM`  
    break;       s`Cy a`  
  }   "G:<7oTa  
} %{;Qls%[t  
} 3zT_^;:L  
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。 |;A/|F0-e  
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。 Db"DG(  
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! ;#MB7A  
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。 _hG;.=sr  
二、面向对象设计思想 *6BThvg|&X  
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! ,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: 3gQPKBpc  
public class MP3 e5Mln!.o  
{ d`d0 N5\  
public void Play() W9oAjO NE  
{ \(p{t  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,_ag;pt9)  
} an2AX% u  
} p h[\)  
!6}O.Nu  
public class WAV IHC1G1KW=A  
{ :D7|%KK  
public void Play() oR p:B &  
{ TEsnNi 1  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); D7"p}PD>~  
} [i]r-|_K  
} k'_ P 7  
$ OVXk'cc  
Public class MediaPlayer ,%YBG1E[y  
{ #%@MGrsK  
  switch (audioType.ToLower()) [_xyl e  
  { dGwszziuK  
    case ("mp3"): V,EF'-F  
        MP3 m = new MP3(); nY $tp  
    m.Play(); ^Y{D^\} ,  
    break; *V(Fn-6(  
    case ("wav"): H6aM&r9}  
    WAV w = new WAV(); ):EBgg4-N  
w.Play(); ESb ]}c:  
    break;       O3V.^_k;  
  } l.nH?kK<  
}   /XS&d%y  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 /(t sb  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) IF*&%pB  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 KjB/.4lLq  
public class AudioMedia woq)\;CK  
{ YxJD_R  
public void Play() _{~]/k  
{ `B8tmW#  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); nT#JOmv  
} wcDjg&:=ml  
} 5jq=_mHt  
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 V,%L ~dI  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: SK$Vk[c]  
public abstract class AudioMedia *R % wUi  
{ N_75-S7Cm  
public abstract void Play(); bl/,*Wx:4.  
} T@^]i&  
l0tYG[  
public class MP3:AudioMedia z (c9,3  
{ ;1DdjETr  
public override void Play() #~qAHJ<  
{ #t!}K_  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 4 c'4*`I  
} *@V*~^V"J[  
} VSOz.g>  
ep(g`e  
public class WAV:AudioMedia U\+&cob.  
{ /vE]2Io  
public override void Play() !.fw,!}hOD  
{ pJ, @Y>  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ED} 31L  
} 5|$a =UIR  
} wb"RB A9  
LZ*R[  
public class MediaPlayer f"&Xr!b.h  
{   /&ygiH{^  
  //根据需要完成任务的单向分派 }fhHXGK.  
public void Play(AudioMedia media) 0'$p$K  
{   ?a/n<V '  
  media.Play(); UEzi*"-v2  
} ``?6=mO  
} A~lIa$U$b  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 PI5j"u UO  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 @{Py%  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 3]E(mRX  
public abstract class VideoMedia |kiJ}oy  
{ '4;6u]d)2  
public abstract void Play(); R_D c)  
} O2-M1sd$  
L&Qi@D0P  
public class RM:VideoMedia 6!EYrX}rI[  
{ < 8(?7QI  
public override void Play() 9 -jO,l  
{ KO]N%]:&~  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); aw}+'(?8]  
} \Rk$t7ZH  
} <rK=9"$y(t  
fAj2LAK  
public class MPEG:VideoMedia >HkhAJhW  
{ a}.Y!O&  
public override void Play() E1>/R  
{ m[2'd  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); :X .,  
} Na!za'qk[o  
} 2f:Mm'XdB  
0|)19LR  
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。 oJaAM|7uv  
  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: V"d=.Hb>  
|9NIGg'n  
public interface IMedia &+nRIv S_`  
{ WO%h"'iJ  
void Play(); M/jb}*xDR  
} )@:l^$x  
jv}=&d  
public abstract class AudioMedia:IMedia w;`m- 9<Y  
{ VfSGCe  
public abstract void Play(); "zV']A>4H  
} ?9U:g(v  
F>Y9o- o2  
public abstract class VideoMedia:IMedia /B HepD}  
{ 'm1.X-$V  
public abstract void Play(); /! ^P)yU,  
} QXk"?yT`E  
u2qV6/  
这样再更改MediaPlayer类的代码: P%o44|[][  
public class MediaPlayer c" Y!$'|Q  
{   U|fTb0fB  
public void Play(IMedia media) z<a2cQ?XQ  
{   EZ% .M*?  
  media.Play(); g_D-(J`IK,  
} B/YcSEY;  
} A_r<QYq0|  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 VbxAd 2')  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 jL4>A$  
  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。 _Dq Qfc%  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <lld*IH  
{ -l.pA(O  
IMedia media = null; ~'BUrX\  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) WV_`1hZX  
{ /(%Ig,<"JC  
  case ("mp3"): ?6:cNdN  
    media = new MP3(); Fd !iQ  
    break; >rRf9wO1l  
        //其它类型略; ],?pe  
  case ("rm"): .98.G4J>  
    media = new RM(); M]ap:  
    break;   u:4["ViC  
  //其它类型略; Kx]> fHK  
} #Go(tS~o  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); W]LQ &f  
player.Play(media); IvSn>o  
} F X 1C e  
7s]Wq6  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ]%XK)[:5_=  
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。 ^('cbl  
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。 G `Izf1B`I  
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。 |9]PtgQv7  
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: Nu. (viQ}  
public interface IMediaFactory -931'W[s,  
{ }1rvM4{/+f  
IMedia CreateMedia(); i/: 5jI|  
} ?Y!^I2Y6  
@W [{2d  
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: BHiOQ0Fs  
public class MP3Factory:IMediaFactory {W'8T}q  
{ j#o3  
public IMedia CreateMedia() %AgA -pBp  
{ *SGlqR['\e  
  return new MP3(); D{svR-~T  
} z_)`g`($  
} z+6QZQk  
//其它工厂略; Hd*Fc=>"Y  
5byeWH0n3  
public class RMFactory:IMediaFactory |B|@GF?:  
{ pU DO7Q]  
public IMedia CreateMedia() BA`:miH<  
{ UG=I~{L  
  return new RM(); <rMv0y+r  
} ,9UCb$mh  
} "8_,tYAH  
//其它工厂略; GXEcpc08  
4@))OD^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。 4f jC  
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: :tlE`BIp  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) @{bb'q['@  
{ )BlJ|M  
IMediaFactory factory = null; zkG>u,B}  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) X4 Y  
{ $/.<z(F  
  //音频媒体 /.2u.G  
  case ("mp3"): e7's)C>/'  
    factory = new MP3Factory(); eRVY.E<  
    break; |=,83,a  
  //视频媒体 y;,y"W  
case ("rm"): OgTSx  
    factory = new RMFactory(); z1}1*F"  
    break;   B{=009.  
  //其他类型略; <hMtE/05B  
} Z{#"-UG  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); NJ>,'s  
player.Play(factory.CreateMedia()); qhN[Dj(d  
} . o"<N  
@5GBuu^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。 cLHF9B5  
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: edTMl;4  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 9 c6'  
{ W{\EE[XhCf  
IMediaFactory factory = null; qTS @D  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T(&kXMaB  
{     qlEFJ5;  
  case ("mp3"): E{I) ]h  
    factory = new MP3Factory(); dWjx"7^  
    break;  /+N|X  
    //其他类型略; >.n;mk  
  case ("rm"): l JlZHO  
    factory = new RMFactory(); &h\CS8nT%  
    break;   Vl4Z_viNH  
  //其他类型略; !+=Zjm4L  
} KZW'O b>[  
IMedia media = factory.CreateMedia(); $(XgKq&xWZ  
media.Play(); L2d:.&5  
} @$EjD3Z-  
99a \MH`^  
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。 DQMPAj.  
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。 *3P3M}3~\  
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。 NA=#> f+U%  
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: x!`b'U\  
PE|PwqX  
<appSettings> zw,-.fmM#  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> \a?K?v|8  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> RP(a,D|  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> KS?mw`Nr  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> JxnuGkE0[#  
</appSettings> l:q8Pg)  
P3i^S_  
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: "* +\KPCU  
private void InitMediaType() TbMdQbj}  
{ !5? m  
cbbMediaType.Items.Clear(); ?Q;kZmQl  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) f.J 9) lfb  
{ pFEZDf}:  
    cbbMediaType.Item.Add(key); \WiqN*ZF  
} ' *}^@[&  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; M5F(<,n;  
} ):^ '/e  
}'DC Q  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: _yNT=#/  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) LSSW.Oz2L  
{ z;[gEA+I  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); L 43`^;u  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Ut]2`8-  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; >dyhox2*"  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, _O"L1Let  
factoryDllName).Unwrap(); C1KfXC*|L  
IMedia media = factory.CreateMedia(); B>sCP"/uV  
media.Play(); 8W;xi:CC  
} sr;:Dvx~  
Y~:}l9Qs  
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。 sw[oQ!f  
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: 9LH=3Qt  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 hHCzj*5  
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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