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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) N y_d  
wc?`QX}I  
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。 .Cq'D.  
一、传统过程化设计思想 )kLTyx2&  
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: W Z'UVUi8  
public class MediaPlayer \\Ps*HN  
{   #R2wt7vE  
private void PlayMp3() )+;Xfftz  
{ W"j&':xD  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); JC| j*x(k/  
} W&E?#=*X  
t>nx#ErS  
private void PlayWav() 9 <qAf`  
{ [n%=2*1p  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); J~.8.]gXW  
} DIrQ5C  
3 !W M'i  
public void Play(string audioType) CK4C:`YG  
{   TmI~P+5w  
  switch (audioType.ToLower()) \F`%vZrKR  
  { }HdibCAOf  
    case ("mp3"): } a#RX$d&  
    PlayMp3(); "u#,#z_  
    break; p0c*)_a*  
    case ("wav"): )fPN6x/e  
    PlayWav(); /2 V  
    break;       y5>X0tT  
  }   {O24:'K&  
} nPlg5&E  
} 05o +VF;z  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 TVy\%FP^L  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 Er@'X0n  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! b;kgP`%%  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 ?@n, 9!  
二、面向对象设计思想 =3K}]3f  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ScN'|Ia.-  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: &lnr?y^  
public class MP3 ck0K^o v  
{ FU]jI[  
public void Play() p./9^S  
{ ngmHiI W  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ,3+#?H  
} UNK}!>HD  
} _.)6~  
2c)Ez?  
public class WAV V{qpha4'P  
{ 94uAt&&b(  
public void Play() } O:Y?Wq^  
{ mKTE%lsH  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 3MqyHOOv  
} mbSG  
} '!\t!@I$  
a!?JVhD&  
Public class MediaPlayer SM? rss.=  
{ c&> S  
  switch (audioType.ToLower()) NW=gi qB  
  { 92F 9)S{"  
    case ("mp3"): (:|g"8mQm  
        MP3 m = new MP3(); QOT|6)Yb  
    m.Play(); &/+LY_r'<I  
    break; h*X5O h6  
    case ("wav"): fYxdG|>{u  
    WAV w = new WAV(); TzSEQ S{  
w.Play(); &9j*Y  
    break;       g \;,NW^  
  } SN#Cnu}  
}   8uh^%La8b.  
  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。 ,8Eg/  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) J 2H$ALl  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 rt8"U <~  
public class AudioMedia NuEcTww  
{ uT#4"G9A[  
public void Play() y=HM]EH>  
{ %]"eN{Uvn  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); n{*A<-vL  
} {JGXdp:SB  
} jjJvyZi~J  
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 UlNx5l+k  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: 7!;48\O]w  
public abstract class AudioMedia i]$/& /  
{ &x"hM  
public abstract void Play(); vV PK  
} 8T523VI  
Q8h0:Q  
public class MP3:AudioMedia Pt=@U:  
{ /mK."5-cm  
public override void Play() .ri?p:a}w  
{ o;[cApiQ,2  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); tO}Y=kZa{  
} ;owU]Xk%8K  
} } q?*13iy(  
};m.8(}$)  
public class WAV:AudioMedia q9gk:Jt  
{ VX6M4<8  
public override void Play() KFhnv`a.0  
{ q;Rhx"x>T  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 1sNZl&  
} ]K-B#D{P  
} tBjMm8lgb  
Ewq7oq5:  
public class MediaPlayer w+][L||4c  
{   D b&= N  
  //根据需要完成任务的单向分派 -n"7G%$M  
public void Play(AudioMedia media) w678  
{   0Qr|!B:+9)  
  media.Play(); q,>-4Cm  
} @v~<E?Un  
} w,zm$s^  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 pY$DOr- r`  
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。 2J&J  
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: 9i`MUE1Sh  
public abstract class VideoMedia !*!i&0QC~R  
{ SO+J5,)HA  
public abstract void Play(); gR 76g4|=;  
} u OB`A-K  
W<\*5oB%H  
public class RM:VideoMedia X,`^z,M%I  
{ mV;)V8'  
public override void Play() gg?O0W{  
{ y.aeXlc[  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); Uqd2{fji=#  
} uB;PaZ G?{  
} SU7 erCHX  
L"It0C  
public class MPEG:VideoMedia [P3 Z"&  
{ WNp-V02l  
public override void Play() ekPn`U  
{ ,|^ lqY  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); H=@S+4_bK  
} y{9<>28  
} [pzo[0G 'v  
\= G8  
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。 # XeEpdE  
  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: F*_ytL  
>jRH<|Az  
public interface IMedia f^[u70c82  
{ w)<h$ <tU  
void Play(); {s3j}&  
} AiUK#I  
g E$@:j  
public abstract class AudioMedia:IMedia "ZR^w5  
{ 5 8n(fdE  
public abstract void Play(); nC@UK{tVa  
} xG8z4Yu   
w1,6%?p(O  
public abstract class VideoMedia:IMedia 8;fi1 "F;}  
{ 1z-Q~m@@  
public abstract void Play(); IJ2>\bW_p  
} %Hpz^<`  
W~?mr! `  
这样再更改MediaPlayer类的代码: K {__rO  
public class MediaPlayer +8 }p-<a  
{   (;2]`D [x  
public void Play(IMedia media) +`+r\*C5  
{   ;T|hNsSt  
  media.Play(); tW \q;_DSr  
} *k !zdV  
} Uq=!>C8  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 8?[#\KgH1  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 6B&ERdoX  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 G0Wv=tX|  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) K&;;{~md.  
{ ]GmXZi  
IMedia media = null; HyJ&;4rf  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) T?EFY}f  
{ tS sDW!!M  
  case ("mp3"): #RTiWD[o  
    media = new MP3(); oF=UjA  
    break; QmY1Bn?s  
        //其它类型略; xf 4`+[  
  case ("rm"): T`K4nU#  
    media = new RM(); mAuN* (  
    break;   9RnXp&w  
  //其它类型略; 0 ChdFf7  
} Ir$:e*E>  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); o(3`-ucD`  
player.Play(media); `cpUl*Y=  
} l>?k>NEpP  
(a@}J.lL  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 #2Z\K>L  
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。 5 u^;71  
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。 wKj0vMW  
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。 mVEHVz $  
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: EM0]"s@Lf  
public interface IMediaFactory BLcsIyq  
{ ?vocI  
IMedia CreateMedia(); A9C  
} #]e](j>]  
;`}b .S =n  
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: 0|OmQ\SQ  
public class MP3Factory:IMediaFactory _?~)B\@~0  
{ >o8N@`@VK-  
public IMedia CreateMedia() 8\9s,W:5  
{ t.6gyrV7><  
  return new MP3(); N-<m/RS  
} 3PRK.vf  
} x L]Z3"p%  
//其它工厂略; I;3Uzv  
[LrA_N  
public class RMFactory:IMediaFactory L7 g4'  
{ U=>4=gsG  
public IMedia CreateMedia() JB(P-Y#yyA  
{ # NR 9\  
  return new RM(); 8~eYN- #W&  
} I+FQ2\J*H  
} <:Z-zQp)?  
//其它工厂略; v@;!fBUt  
(g#,AX  
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。 $S{]` +  
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: $+Zj)V(  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) N83g=[  
{ -A;4""  
IMediaFactory factory = null; 2:Rxyg@'  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) DgRA\[c  
{ B4ky%gF4  
  //音频媒体 E@D}Sqt  
  case ("mp3"): q3$;lLsb;j  
    factory = new MP3Factory(); wwh)B92Y5  
    break; @Yy']!Ju  
  //视频媒体 H/BU2sa  
case ("rm"): b8TwV_&|X  
    factory = new RMFactory(); 5$Aiez~tBq  
    break;   r-IG.ym3  
  //其他类型略; t*cVDA&K  
} i}}}x  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Hsi<!g.  
player.Play(factory.CreateMedia()); @T 8$/  
} Gw0MDV&[  
,?ci+M)  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 z{ydP Ra  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: XbL\l  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) /8tF7Mmr  
{ A3c&VT6Q  
IMediaFactory factory = null; ;,Q6AS!  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) /;\{zA$uC=  
{     YMTB4|{  
  case ("mp3"): { 0 vHgi  
    factory = new MP3Factory(); eE-c40Bae  
    break; 0Rze9od]$  
    //其他类型略; {5N!udLDr5  
  case ("rm"): SM@RELA'Lb  
    factory = new RMFactory(); L !V6 Rfy  
    break;   `1qM Sq  
  //其他类型略; -|&5aH]  
} ~lB:xVzn  
IMedia media = factory.CreateMedia(); R6/vhze4L2  
media.Play(); 'q9='TOk  
} 990sE t?  
X'KkIo :  
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。 9;k!dM  
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。 ^lCQHz  
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。 F^)SQ%xx  
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:  LAfv1  
o,;Hb4Eu  
<appSettings> o6~9.~_e  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> gBCO>nJws  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ~76qFZe-  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> *g;4?_f  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> 0'O*Y ]h+  
</appSettings> .P>-Fh,_p  
K%/:V  
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: 6fr@y=s2:  
private void InitMediaType() 'AjDB:Mt$  
{ UM QsYD)  
cbbMediaType.Items.Clear(); 56Gc[<nR  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ("$ ,FRTQ:  
{ BV`,~n:  
    cbbMediaType.Item.Add(key); f}U@e0Lsb  
} aO]FQ#l2b  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; =f*Wj\  
} nax(V  
jQLiqi`  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: (hv>vfY@  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 5gnmRd  
{ ;zc,vs  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); ON~K(O2g(  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); l{b*YUsz>  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; BvA09lK  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ddiBjp2.!  
factoryDllName).Unwrap(); 07:N)y,  
IMedia media = factory.CreateMedia(); aur4Ky> :  
media.Play(); V=LJ_T"z0  
} ~0ku,P#D  
;`P}\Q{  
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。 d:V6.7>,  
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: /o)o7$6Q  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 fX[6  {  
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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