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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) { a =#B)6  
z<MsKD0Q  
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。 tR# OjkvX  
一、传统过程化设计思想 [*Z;\5&P  
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: =}~hWL  
public class MediaPlayer +Q/R{#O  
{   =O~_Q-  
private void PlayMp3() 4S7v:1~xe  
{ J"0`%'*/  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); GV1pn) 4  
} v&6-a*<Z  
8'[~2/  
private void PlayWav() (^ J I%>  
{ M`0V~P`^  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); S;Fi?M  
} {B~QQMEow  
9=s<Ld  
public void Play(string audioType) ko!)s  
{   kXViWOXU^  
  switch (audioType.ToLower()) EfqX y>W  
  { [CY9^N  
    case ("mp3"): &eJfGt5  
    PlayMp3(); pJ>P[  
    break; &j;wCvE4+  
    case ("wav"): ez7A4>/  
    PlayWav(); 2_>N/Z4T  
    break;       {4l8}w  
  }   _?nL+\'V  
} ${DUCud,kY  
} QRw"H 8nW  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 VMZMG$C  
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。 n3WlZ!$  
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! aHD]k8 m z  
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。 r-,%2y?  
二、面向对象设计思想 <]ox;-56  
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! ldf\;Qk  
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: [DuttFX^x  
public class MP3 :'Vf g[Uq  
{ )705V|v  
public void Play() Zj(AJ*r  
{ VG5i{1  0  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _YRFet[,m  
} z'Hw  
} ;[ZEDF5H  
j;zM{qu_  
public class WAV xR~h wj  
{ ibcRU y0%  
public void Play() 0S"mVZ*P  
{ hDDn,uzpd  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); dRYqr}!%n  
} Zpt\p7WQ  
} *VCXihgo  
$t+,Tav  
Public class MediaPlayer Dm981t>wL  
{ 10Q ]67  
  switch (audioType.ToLower()) !aUs>1i  
  { l]5K N  
    case ("mp3"): @F AA2 d  
        MP3 m = new MP3(); N%@Qf~  
    m.Play(); -OV&Md:~  
    break; gb1V~  
    case ("wav"): L;z?a Z7n  
    WAV w = new WAV(); rSY!vkLE\  
w.Play(); 9 ql~q  
    break;       RH W]Z Pr<  
  } AI2)g1m  
}   <sbu;dQ`  
  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。 )$2QZ qX  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) HZE#Ab*L  
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。  }FROB/  
public class AudioMedia r `=I  
{ '@v\{ l  
public void Play() SO/c}vnBB  
{ AYBns]!  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); #^0R&) T  
} VD*6g%p  
} x8 2cT21b  
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)。 h'llK6_)  
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: 9c bd~mM{  
public abstract class AudioMedia h,:m~0gmj  
{ ]h`&&Bqt  
public abstract void Play(); .vf'YNQ%  
} mY|)KJ  
[>I<#_^~  
public class MP3:AudioMedia l:~/<`o  
{ J3V= 46Yc  
public override void Play() uo9B9"&  
{ ELoDd&d8  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Wu/]MBM  
} BKCiIfkZ  
} 5Pc;5 o0C  
8Al{+gx@?  
public class WAV:AudioMedia v4TQX<0s  
{ ktXM|#  
public override void Play() :LQYo'@yB  
{ g/d<Zfq<{  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); P= BZ+6DS  
} EU 6oQ  
} U+jOTq8M  
e*kpdS~U&  
public class MediaPlayer e(&v"}Ef`  
{   Pbn*_/H  
  //根据需要完成任务的单向分派 %A/0 '  
public void Play(AudioMedia media) t.y2ff<[U  
{   ,2oWWsC7  
  media.Play(); C3f' {}  
} ! I:%0D  
} Tk[ $5u*,  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 p$c6<'UqH  
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。 Dj?> <@  
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: [85spub&}  
public abstract class VideoMedia ( $MlXBI  
{ e2Pcm_Ahv*  
public abstract void Play(); D/gw .XYL  
} .hb:s,0mP  
5 V~oIL  
public class RM:VideoMedia C 82omL  
{ Qy<P463A(l  
public override void Play() wU36sCo  
{ ~vhE|f  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); `$IK`O  
} fplow  
} ys^oG$lq  
Lg+Ac5y}`  
public class MPEG:VideoMedia +)om^e@.  
{  qA7>vi%  
public override void Play() ;8&3 dm]  
{ 2zA4vZkbcw  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); s c,Hq\$&  
} 4Z=_,#h4.  
} (,\+tr8r8  
`?rSlR@+[I  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 U}[d_f  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: NNR`!Pty  
qr^3R&z!}  
public interface IMedia xt* 3'v  
{ P1 8hxXE3  
void Play(); -0 a/$h  
} f}ji?p  
\)904W5R  
public abstract class AudioMedia:IMedia ah&D%8E  
{ 6'57  
public abstract void Play(); %(#y 5yJ]  
} [!uG1GJ>  
U$.@]F4&  
public abstract class VideoMedia:IMedia ek\ xx  
{ rU:`*b<  
public abstract void Play(); 8W(*~}ydYY  
} Vb;*m5,?:  
t9`.bx8  
这样再更改MediaPlayer类的代码: #Y`~(K47  
public class MediaPlayer VA>35w  
{   }eU*( }<^  
public void Play(IMedia media) ~ 'cmSiz-  
{   xh,qNnGGi  
  media.Play(); \ a<h/4#|  
} k,6f &#x  
} /4V#C-  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 t#})Awy^R  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 ]@c+]{  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 A RuA<vQ  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Y_IF;V\  
{ sqwGsO$#  
IMedia media = null; jXx<`I+]  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Yui3+}Ms  
{ rQs)O<jl  
  case ("mp3"): 8 +/rlHp  
    media = new MP3(); #4% ]o%.  
    break; L.2^`mZs  
        //其它类型略; ZohCP  
  case ("rm"): _ QI\  
    media = new RM(); z+wA rPxc  
    break;   !u[9a;Sa#  
  //其它类型略; }5[qo`M  
}  / }X1W  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); '~<m~UXvD#  
player.Play(media); K`WywH3-  
} Wx}8T[A}  
%#:{UR)E  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 yCR?UH;  
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。 WIT>!|w_  
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。 @Zu5VpJ  
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。 ,j{,h_Op  
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: |Nn)m  
public interface IMediaFactory RDi]2  
{ BWa,f8  
IMedia CreateMedia(); AaOu L,l  
} F?*-4I-  
M61xPq8y5  
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: =pO^7g  
public class MP3Factory:IMediaFactory =F~S?y  
{ m|n%$$S&  
public IMedia CreateMedia() wC+u73599  
{ YMcD|Kbp  
  return new MP3(); 9'giU r  
} <tNBxa$gS  
} oy=js -  
//其它工厂略; - t'jNR'  
Gbr=+AT  
public class RMFactory:IMediaFactory GL#up  
{ 8@Q$'TT6}  
public IMedia CreateMedia() mbxZL<ua  
{ C.yQ=\U2  
  return new RM(); HGs $*  
} @/.;Xw]  
} 6+|do+0Icg  
//其它工厂略; ColV8oVnU  
TH&U j1  
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。 _Xc8Yg }`  
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: :Zbg9`d*  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) jh%Eq+#S  
{ x(6SG+Kr  
IMediaFactory factory = null; Smn;(K  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) A@[o;H}XP  
{ @ $ ;q ;  
  //音频媒体 hHGoP0/o  
  case ("mp3"): U0y%u  
    factory = new MP3Factory(); Eu d*_>|  
    break; /wEhVR`=  
  //视频媒体 Ys!82M$g  
case ("rm"): ^e_hLX\SW  
    factory = new RMFactory(); E)5\i-n  
    break;   *20jz<  
  //其他类型略; H?vdr:WlTN  
} FEz-+X<q2  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); 3 *"WG O5  
player.Play(factory.CreateMedia()); {0wIR_dGX  
} t;}|tgC  
e "4 ''/  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 \5:i;AE  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5h=}j  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) %~H-)_d20  
{ ?}tFN_X"  
IMediaFactory factory = null; *=/ { HvJ  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cazocq5  
{     @sW24J1q+  
  case ("mp3"): x_N'TjS^{  
    factory = new MP3Factory(); x;P_1J%Q  
    break; .\ULbN3Z  
    //其他类型略; 2ozax)GY  
  case ("rm"): XFHYQ2ME2  
    factory = new RMFactory(); yiXSYD  
    break;   S]e|"n~@  
  //其他类型略; mP~QWx![N  
} ;;OAQ`  
IMedia media = factory.CreateMedia(); O>b C2;+s  
media.Play(); X1x#6 oi  
} #4Rx]zW^%  
TCwFPlF|  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 o4F2%0gJ  
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 s^G.]%iU  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 A@!qv#'  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: r[`9uVT/  
NqazpB*  
<appSettings> w7.V6S$Ga  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> HSE!x_$  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> +ZaSM~   
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> B dj!ia;H  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> RNEp4x  
</appSettings> !21FR*  
,GbR!j@6  
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: UJAv`yjG  
private void InitMediaType() 1y@i}<9F  
{ ]b:Lo  
cbbMediaType.Items.Clear(); abmYA#  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) %A9NB!  
{ ]3],r?-tJ  
    cbbMediaType.Item.Add(key); 0y'H~(  
} VX0 %a@ur  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; WTQ\PANAaR  
} 8`B3;Zmm  
sQHv%]s 0  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: p SH=%u>  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) F3[T.sf  
{ ^+>laOzC`8  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); T\6dm/5  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); 2+ N]PW\V  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; X Swl Tg  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 7?!d^$B  
factoryDllName).Unwrap(); E!)xj.aS$  
IMedia media = factory.CreateMedia(); r ,8 [O  
media.Play(); x/I%2F  
} B?gOHG*vd>  
Drgv`z  
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。 +< Nn~1  
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: -e"H ^:  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 6xx<Y2@  
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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