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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) bj@xqAGl  
HG2GZ}~^1  
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。 5Yi Z-CQ>  
一、传统过程化设计思想 [pii  
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: 2sKG(^=Z  
public class MediaPlayer lhqQ CV  
{   XRa(sXA3  
private void PlayMp3() pW\z\o/2  
{ 4\M8BRuE  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); }[ ].\G\G  
} !?nu?  
EeCFII  
private void PlayWav() v&fGCD\R  
{ pOm@b `S%  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); W h| L  
} 7*i }km  
S%kS#U${|  
public void Play(string audioType) McjS)4j&.  
{   &p5&=zV}  
  switch (audioType.ToLower()) {j?7d; 'j  
  { RqXi1<6j#  
    case ("mp3"): ]pnYvXf>!  
    PlayMp3(); v ~"Ef_`  
    break; k6@b|  
    case ("wav"): k oM]S+1  
    PlayWav(); R<_?W#$j  
    break;       :BZMnCfA  
  }   R2w`Y5#`  
} &5u BNpH  
} Y0@yD#,0~  
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。 mDfwn7f  
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。 #vQ?  
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! P@gt di(Q  
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。 B7 HQR{t  
二、面向对象设计思想 >uTPjR[  
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! [Tb\woU  
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: 3jF|Ic  
public class MP3 exQ#<x*  
{ &]< 3 ~6n  
public void Play() O)uOUB  
{ EJLQ&oH[  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); vU!8`x)  
} :.$"kXm^  
} _gW{gLYyJ  
)lh8 k {  
public class WAV IaLMWoh  
{ V&i2L.{G)  
public void Play() *69c-` o  
{ $n-Af0tK  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); -`7$Qu 2  
} nUc;/  
} VD$ Eb  
mV?&%>*(f  
Public class MediaPlayer /s|{by`we4  
{ :y# T9R9  
  switch (audioType.ToLower()) R"+wih  
  { o.Oq__>$H  
    case ("mp3"): Nb;H`<JP  
        MP3 m = new MP3(); 3]/.\(2  
    m.Play(); q[ ULG v  
    break; .:y5U}vR  
    case ("wav"): ^s{hs(8%R  
    WAV w = new WAV(); :p>hW!~  
w.Play(); :CaTP%GW  
    break;       ZenPw1-  
  } S`iR9{+&  
}   !>n|c$=;qk  
  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。 #Fs|f3-@  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) & [_ZXVva~  
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。 YT=eVg53  
public class AudioMedia & Kmy}q  
{ yNa;\UF  
public void Play() ff E#^|  
{ Au.:OeJm  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); I@\+l6&#;  
} 5G(E&>~  
} k_aW  
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)。 DM),|Nq"  
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: c?K~/bx.  
public abstract class AudioMedia 40#9]=;}  
{ mS%4gx~~_n  
public abstract void Play(); lb~E0U`\E`  
} MBw-*K'?zB  
CPv iR<ms_  
public class MP3:AudioMedia NTmi 2c  
{ WUEHB  
public override void Play() dMvp&M\\'  
{ n ~,t QV  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); m\vmY  
} h*w6/ZL1  
} ? \m3~6y  
@{d\j]Nw  
public class WAV:AudioMedia >7b)y  
{ ZFvyL8o  
public override void Play() mR+Jws'  
{ 9+qOP>m   
  MessageBox.Show("Play the wav file."); >jx.R  
} gR Nv-^  
} 8SC%O\,  
"aq'R(/`c  
public class MediaPlayer Dl C@fZD  
{   ".U^if F  
  //根据需要完成任务的单向分派 riCV&0"n  
public void Play(AudioMedia media) WE6\dhJ<  
{   }Ln@R~[  
  media.Play(); ~/-eyxLTm  
} 3[IJhR[  
} #0"~G][#  
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)。 Yr+23Ro  
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。 7G9 3,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: j9R6ta3\l  
public abstract class VideoMedia `tEo]p  
{ S%mfs!E>  
public abstract void Play(); Ug%_@t/?  
} 2oVV'9;B  
60}! LmL  
public class RM:VideoMedia 9$1)k;ChP/  
{ / T c=  
public override void Play() b]Z@^<_E  
{ iL]'y\?lv  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); 6'C2SihYp  
} h|;qG)f^  
} {i [y9  
OB-Q /?0  
public class MPEG:VideoMedia zsXpA0~3s  
{ ..W-76{  
public override void Play() s9)8b$t]  
{ r8/l P}(F  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); aM=D84@  
} ?GT@puJS-  
} Di5(9]o2  
[A2`]CE<@  
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。 (Ddp|a"b  
  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: .12aUXo(  
y 9l*m~  
public interface IMedia O4iC]5@  
{ rN/| (@  
void Play(); /JJw 6[ N  
} n,'OiVl[  
h9s >LY  
public abstract class AudioMedia:IMedia FMw&(  
{ K>/%X!RW  
public abstract void Play(); \2C`<h$fN  
} (bp9Pjw  
D=r))  
public abstract class VideoMedia:IMedia Iah[j,]r  
{ tt_o$D~kg  
public abstract void Play(); 9N8I ip]w  
} M8&}j  
MCTsi:V>+  
这样再更改MediaPlayer类的代码: 'lz "2@4{  
public class MediaPlayer kOL'|GgK  
{   DKL@wr}8  
public void Play(IMedia media) Cby;?F6w  
{   B%s7bS  
  media.Play(); U7 @AC}.+  
} t= #&fSR  
} =EP13J  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 K=::)/{P  
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。 6xK[34~ 6  
  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。 <Zb/  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) H}}$V7]^),  
{ *e>]~Z,  
IMedia media = null; oqd;6[%G  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _qwQ;!9  
{ ;,h/   
  case ("mp3"): %ysZ5:X  
    media = new MP3(); CY:d`4  
    break; ~uWOdm-"[  
        //其它类型略; 13k !'P  
  case ("rm"): (2ot5x}`j  
    media = new RM(); g|X;ahTT  
    break;   =8Jfgq9E  
  //其它类型略; M~e0lg8  
} k%c{ETdE  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); dUrElXbXd  
player.Play(media); ;|T!#@j  
} &)d$t'7p  
VosZJv=  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 f|7\DeY9U  
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。 #N(= 3Cj  
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。 9m2, qr|  
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。 +n0r0:z0  
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: p{A}pnjf  
public interface IMediaFactory '@|_OmcY  
{ 1$/MrPT(b  
IMedia CreateMedia(); &F *' B|n  
} zET^T5>:  
B(g_Gm<  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: Q#I"_G&{  
public class MP3Factory:IMediaFactory C*=Xk/0  
{ _9 .(a  
public IMedia CreateMedia() r|Z3$J{^"  
{ `:8J46or  
  return new MP3(); !LMN[3M_  
} Dr&('RZ4  
} 1@48BN8cm'  
//其它工厂略; \*hrW(   
d_UN0YT<  
public class RMFactory:IMediaFactory B(a-k?  
{ v4,h&JLt  
public IMedia CreateMedia() ?lGG|9J\  
{ Pt:e!qX)  
  return new RM(); qU2~fNY  
} E907fX[R~  
} Ix@&$!'k  
//其它工厂略; e1(Q(3  
x5`br.b  
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。 |:[tNs*,O  
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: +CH},@j  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) K;?,FlH  
{ c .3ZXqpI;  
IMediaFactory factory = null; ,u }XW V  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) ^H{R+}  
{ (/!r(#K0,'  
  //音频媒体 ,[S+T.Cu  
  case ("mp3"): ~LJY6A@y  
    factory = new MP3Factory(); :P,sxDlG)  
    break; oF9 -&  
  //视频媒体 Va,<3z%O<  
case ("rm"): lt^\  
    factory = new RMFactory(); oVA?J%EK  
    break;   N7'OPTKt&  
  //其他类型略; Ds #/  
} 1wzqGmjmt  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); E#J';tUQ  
player.Play(factory.CreateMedia()); Wt)Drv{@ {  
} ;AR{@Fu.  
 ~\,w {  
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。 WV3|?,y]qm  
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: F|Mi{5G%  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ZUz ^!d  
{ Re:jVJg Bz  
IMediaFactory factory = null; bmNq[}  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) 7{e{9QbJ4  
{     H gTUy[(  
  case ("mp3"): HX'FYt/?t  
    factory = new MP3Factory(); [b%:.bjY  
    break; B\J^=W+`  
    //其他类型略; 9TF f8'?d  
  case ("rm"): _Jwq`]Z  
    factory = new RMFactory(); T2}FYVj?!g  
    break;   S6}@I ,Q  
  //其他类型略; ,fK3ZC  
} l Z#o+d2Y  
IMedia media = factory.CreateMedia(); lzw3=H  
media.Play(); ,NnhHb2\  
} rG#Z=*b%  
+iRq8aS_  
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。 .Ha'p.  
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。 A+y  
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。 ;\EiM;Q]  
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: WZOY)>K  
l"\~yNgk  
<appSettings> JnHo9K2.  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> !d<"nx[2`  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> k(zsm"<q  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ?9l [y  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> O: @}lK+H  
</appSettings> m(], r})  
-':Y\:W  
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: Hzrtlet  
private void InitMediaType() [: xiZ  
{ ~m|Mg9-  
cbbMediaType.Items.Clear(); >=]'hyn]]  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) f;/QJ  
{ [V4{c@  
    cbbMediaType.Item.Add(key); * ),8PoT  
} OB[o2G<0  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 'n<iU st  
} nz9DLAt  
/C/id)h>  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: )p!7 #v/@f  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) r]OK$Ql  
{ h~C.VJWl  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); 'J,T{s1J  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); J_>w3uY  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; SIbDj[s  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, WL`9~S  
factoryDllName).Unwrap(); \*,=S52  
IMedia media = factory.CreateMedia(); }g$(+1g  
media.Play(); Vy_2.  
} JG9`h#  
VmzbZTup  
这样可以很好地体现了软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。 :4^\3~i1X  
设想一下,如果我们要增加某种媒体文件的播放功能,如AVI文件。那么,我们只需要在原来的业务程序集中创建AVI类,继承于VideoMedia类。另外在工厂业务中创建AVIFactory类,并实现IMediaFactory接口。假设这个新的工厂类型为MediaLiabrary.AVIFactory,则在配置文件中添加如下一行: P2nft2/eu?  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 2e$w?W0^  
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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