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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) \p]B8hLW  
Lg|d[*;'7  
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。 $I4Wl:(~}  
一、传统过程化设计思想 ud"Kko Rt  
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 5 Yww,s  
public class MediaPlayer QV4FA&f&  
{   6qWWfm/6  
private void PlayMp3() a>Zp?*9  
{ Dv&K3^~Rfb  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); k+Z2)j"  
} ff~1>=^  
kv;P2:"|  
private void PlayWav() !0F+qzGG7  
{ ,J:Ro N_:  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 81w"*G5AM  
} aK 7 }}  
Kx?8 HA[5  
public void Play(string audioType) {<?8Y  
{   8pZOgh  
  switch (audioType.ToLower()) 'K#ndCGJ$  
  { 2waPNb|  
    case ("mp3"): )V&hS5P=S  
    PlayMp3(); qdxaP% p2  
    break; 8 VhU)fY  
    case ("wav"): ?0?3yD-!9  
    PlayWav(); E>`|?DE@  
    break;       dP`B9>r  
  }   vTTXeS-b  
} \-f/\P/ w  
} M |f V7g  
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。 TBRG D l  
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。 P+wpX  
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! D2=zrU3Y64  
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};o:  
二、面向对象设计思想 Rd|8=`)  
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! OHrzN ']  
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: z,4 D'F&  
public class MP3 oR/_{#Mz"  
{ \ Ce*5h  
public void Play() )a x>*  
{ /?($W|9+l  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ;mvVo-r*q  
} +.OdrvN4)  
} HrfS^B  
9%1J..c  
public class WAV P,9Pn)M|  
{ x":o*(rSQ  
public void Play() N/--6)5~0  
{ T[#q0bv  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); y%spI/(  
} &;=/^~EG  
} _A] )q  
ic"8'Rwb  
Public class MediaPlayer tC5-^5[y  
{ L(sT/  
  switch (audioType.ToLower()) PB?2{Cj  
  { Hmt2~>FI[  
    case ("mp3"): =0!j"z=  
        MP3 m = new MP3(); RZ;s_16GQ  
    m.Play(); Poa&htxe1  
    break; py+\e" s  
    case ("wav"): S(?A3 H  
    WAV w = new WAV(); [[zN Aq)"  
w.Play(); _SJ:|I  
    break;       Jazgn5  
  } A.dbb'^  
}   'W yWO^Bdk  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 akU2ToP  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 4^M"V5tDx  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 :O$bsw:3w<  
public class AudioMedia >#k- ~|w  
{ ^YropzHZ4E  
public void Play()  o?m/  
{ h /^bRs`;  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); f-71`Pyb  
} Qh(X7B  
} FROC/'  
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)。 >%0$AW|Exu  
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: _B&Lyg !J  
public abstract class AudioMedia !!H"B('m  
{ l{>j8Ln  
public abstract void Play(); r[H8;&EL  
} @NqwJ.%g  
BP0:<vK{  
public class MP3:AudioMedia W)/^*, Q7  
{ "Y=`w,~~  
public override void Play() T'@+MA) ~  
{ >m. .  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); oPM*VTMA  
} 13`Mt1R  
} G{E`5KIvm  
Zd-6_,r  
public class WAV:AudioMedia 2wHbhW[  
{ y& 1@d+Lf  
public override void Play() ?1a9k@[t  
{ ne/JC(  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); F_jHi0A  
} %0N HU`j  
} $2L6:&.P,  
6CIzT.  
public class MediaPlayer -p.\fvip  
{   ZcQu9XDIt  
  //根据需要完成任务的单向分派 va'F '|  
public void Play(AudioMedia media) E3]WRF;l  
{   So'.QWzX  
  media.Play(); =4a:)g'  
} +8T^q,  
} v|o{AL:ei  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 yi>A ogQ,  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 .  yg#  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: W%-XN   
public abstract class VideoMedia U/QgO  
{ |#kY_d)10  
public abstract void Play(); m(6d3P  
} a[(OeVQ5  
qul#)HI  
public class RM:VideoMedia dkZe.pv$j  
{ >m,hna]RZ  
public override void Play() e12QYoh  
{ ,_I rE  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); <\u3p3"[4  
} IrqM_OjC  
} oDz|%N2s|  
E)gD"^rex  
public class MPEG:VideoMedia Mz p<s<BX  
{ 7MLLx#U  
public override void Play() '#V@a  
{ _>R aw  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); 7RL J  
} MQ-u9=ys  
} {;c'@U  
nQjpJ /=  
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。 '\tI|  
  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: cR/Nl pX  
)hXTgUZa  
public interface IMedia Gl1XRNy C  
{ 6FA+q YSV  
void Play(); o8 JOpD  
} < $0is:]  
7"!b5(4=  
public abstract class AudioMedia:IMedia 'bi;Y1:  
{ dm4Q'u  
public abstract void Play(); ?K>)bA&l'  
} 2@<_,'  
49~d6fH  
public abstract class VideoMedia:IMedia ~v.mbh  
{ vSH,fS-n  
public abstract void Play(); :ZV |8xI  
} ERpAV-Zf  
_SAM8!q4,  
这样再更改MediaPlayer类的代码: ,X4+i8Yc  
public class MediaPlayer [-])$~WfW  
{   U]=yCEb8p  
public void Play(IMedia media) z'EQdQ)  
{   hul,Yd) Z  
  media.Play(); 6dRhK+|  
} %^IQ<   
} 4]h/t&ppq  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 WiS3W;  
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。 rPaJ<>Kz  
  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。 &q-&%~E@  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) <+oh\y16  
{ \9)5b8  
IMedia media = null; Hd|[>4Z  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) kGYpJg9=  
{ 0Z1ksfLU  
  case ("mp3"): _x,X0ncv]@  
    media = new MP3(); r exv)!J  
    break; d_yvG.#C  
        //其它类型略; 5H0qMt P  
  case ("rm"): @:C)^f"  
    media = new RM(); ca g5w~Px  
    break;   Lq2Q:w'  
  //其它类型略; G% tlV&In  
} $[>{s9E  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ,a?)O6?/  
player.Play(media); gjDNl/r/  
} MA`nFkVK  
eiKY az  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 'Qy6m'esW  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 j=l2\W#}  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 J\L'HIs  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 Vp/XVyL}R  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: i%K6<1R;y{  
public interface IMediaFactory 3^7+fxYWo  
{ EZ)b E9  
IMedia CreateMedia(); An. A1y  
} K%v:giN$l`  
D$hQ-K  
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: 4=L>  
public class MP3Factory:IMediaFactory )D+BvJ Y"  
{ $ZM'dIk?  
public IMedia CreateMedia() #n>U7j9`O  
{ 4z0gyCAC A  
  return new MP3(); .l1x~(  
} ?+t;\  
} [ohLG_9  
//其它工厂略; FS1\`#Bm)  
0cS$S Mn{  
public class RMFactory:IMediaFactory U>2KjZB  
{ o[ZjXLJzV  
public IMedia CreateMedia() W%L'nR~w$  
{ 6!\V|  
  return new RM(); ywwA,9~  
} |Ea%nghl  
} Bl b#h  
//其它工厂略; 0/R;g~q@  
f .O^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。 Kb%Y%j  
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: =X R~I  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MB)<@.A0  
{ LYD iqOrx  
IMediaFactory factory = null; m!FuC=e  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) RE>Q5#|c  
{ !85bpQ.  
  //音频媒体 b Hr^_ogN  
  case ("mp3"): IuXgxR%  
    factory = new MP3Factory(); c]4X`3]  
    break; #X-C~*|>j  
  //视频媒体 dn 6]qW5  
case ("rm"): g *Js4  
    factory = new RMFactory(); Cbff:IP  
    break;   oco,sxT  
  //其他类型略; z!g$#hmL>  
} mw"FQ?bJ  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); pJHdY)Cz  
player.Play(factory.CreateMedia()); UIAazDyC  
} vbid>$%  
XoKgs,y4  
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。 qO>UN[Y  
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: Y#F.{ i  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;M~,S^U  
{ Y_%:%J  
IMediaFactory factory = null; xuXPVJdi  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) <XLae'R  
{     $g>bp<9v4  
  case ("mp3"): syX?O'xJ  
    factory = new MP3Factory(); clvg5{^q[  
    break; ~+\=X`y  
    //其他类型略; H$I~Vz[\yb  
  case ("rm"): r2RJb6  
    factory = new RMFactory(); * :L"#20:R  
    break;   Z<X=00,wg  
  //其他类型略; eK7A8\;e  
} y0xBNhev  
IMedia media = factory.CreateMedia(); >=N-P< %  
media.Play(); DT]4C!dh  
} RL` E}:V  
8jz>^.-o  
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。 qyRN0ZB"A^  
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。 yj:@Fg-3g  
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。 BM!ZdoKrKt  
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: Y<T0yl?  
</25J((  
<appSettings> :E")Zw&sW3  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> vkG#G]Qs";  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ]+I9{%zB%8  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> 9lq5\ tL-  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> .YF1H<gwa  
</appSettings> !ZTghX}D  
PNm@mC_fh  
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: |+Wn5iT  
private void InitMediaType() [c B^6v  
{ H'WYnhU&  
cbbMediaType.Items.Clear(); (_pw\zk>  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) g (w/  
{ ?'k_K:_  
    cbbMediaType.Item.Add(key); beO Mln+R  
} &PC6C<<f  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; }d%CZnY&7  
} V lx.C~WYn  
}TTghE!  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: <+*0{8?0  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) y(|#!m?@  
{ 3q%z  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); =`+D/ W\[Y  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); yr%[IX]R  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; .)/ ."V  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, V?EX`2S  
factoryDllName).Unwrap(); ;^N lq3N  
IMedia media = factory.CreateMedia(); #da{3>z:  
media.Play(); $OZ= L  
} gAqK/9;  
63E6nW M  
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。 $#rkvG_w  
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: qm=U<'b^  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 h3`}{ w  
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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