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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\  
0PI C|  
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。 E9;cd$}K  
一、传统过程化设计思想 p[VBeO^%  
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: 6n]fr9f  
public class MediaPlayer 9; HR  
{   4*g`!~)  
private void PlayMp3() H2l/9+  
{ :[ m;#b  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); rJ4 O_a5/  
} D+]#qS1q  
CDQ}C=4  
private void PlayWav() M2(+}gv;7p  
{ $(H%|Oyn  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); }+h/2D  
} -tAdA2?G  
mVg-z~44T  
public void Play(string audioType) |G~LJsXW!v  
{   jwgXq(  
  switch (audioType.ToLower()) yjaX\Wb[z[  
  { G4vXPx%a8  
    case ("mp3"): Wp`wIe6  
    PlayMp3(); UM(tM9  
    break; r j#K5/df  
    case ("wav"): vcy}ZqWBO  
    PlayWav(); ,di'279|  
    break;        ~Jrtm7  
  }   cH?j@-pY  
} Q"n*`#Yt'  
} &[f.;1+C  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 ~0,Utqy  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 dElOy?v  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! -@X?~4Idz  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 XZYpU\K  
二、面向对象设计思想 H'Bor\;[>  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! r t@Jw]az  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: fpJM)HU  
public class MP3 l&S2.sC  
{ 1P:r=Rt/  
public void Play() v*SSc5gFG  
{ AA"?2dF  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); N@lTn}U  
} 2`tdH|Z`  
} "5"6mw?  
Xp@8 vu  
public class WAV A9' [x7N  
{ uo;aC$US  
public void Play() l)< '1dqe  
{ I ugYlt  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); W+-a@)sh3Q  
} GoP,_sd\O  
} ~F[}*%iR  
&Ed7|k]H  
Public class MediaPlayer _fx0-S*$  
{ Kq e,p{=  
  switch (audioType.ToLower()) r!N)pt<g  
  { HgPRz C  
    case ("mp3"): kNP.0  
        MP3 m = new MP3(); 6:O3>'n  
    m.Play(); j}7as&  
    break; Fk@A;22N  
    case ("wav"): i_Dv+^&zV  
    WAV w = new WAV(); /. GHR  
w.Play(); v!n\A}^:  
    break;       d0$dQg  
  } 23 j{bK  
}   ~N2){0 j4  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 j&6'sg;n)  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 2`hc0 IE  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 C` ?6`$Y  
public class AudioMedia 86NAa6BW  
{ k~Qb"6n2  
public void Play() 7\m.xWX e  
{ DG,CL8bv  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); kY*3)KCp  
} \]ouQR.t@\  
} z/6/   
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)。 Dnn$-W|NC  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: gKy@$at&  
public abstract class AudioMedia JRt^YX  
{ v-M3/*  
public abstract void Play(); q"xIW0Pc  
} ngJi;9X8*t  
T\ZWKx*#  
public class MP3:AudioMedia 35I y\  
{ ^j&'2n@ 9a  
public override void Play() _9!*laR!2  
{ 8 #fzL7  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); p?(w !O  
} l*_%K}%?V  
} y^7;I-  
^HYmi\`  
public class WAV:AudioMedia UQ6UZd37   
{ tZ,vt7  
public override void Play() r \+&{EEG  
{ BayO+,>K  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ;AMbo`YK[  
} ]vj4E"2;  
} q}gj.@Q"  
fq(r,h=|  
public class MediaPlayer CA%p^4Q  
{   rI34K~ P  
  //根据需要完成任务的单向分派 !T;*F%G9  
public void Play(AudioMedia media) rvO7e cR"  
{   y+xw`gR:  
  media.Play(); w:xLg.Eq6  
} H%N !;Jz=  
} i bA Z*I  
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)。 Ncr38~;w  
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。 ^% y<7>%  
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: #eSVFD5ZU  
public abstract class VideoMedia ^DVj_&~  
{ d'ddxT$GG  
public abstract void Play(); .BN~9w  
} N!Dc\d=8q]  
B;Pws$J  
public class RM:VideoMedia W:D'k^u  
{ P'f0KZL;  
public override void Play() #;FHyKx  
{ F7$x5h@  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); mUW|4zl i}  
} uim4,Zm{  
} Q79& Q04XN  
M`IiK+IoU  
public class MPEG:VideoMedia UB[tYZ  
{ ngF5ywIG  
public override void Play() RDU,yTHq  
{ O%?TxzX;  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); .Rt_j  
} !u~h.DrvZ  
} G8xM]'y  
xbJ@z {  
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。 Wy^43g38'p  
  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: Ar&]/X,WG  
mD }&X7  
public interface IMedia iC-WQkQY  
{ P|}~=2J  
void Play(); 2>~{.4PI  
} MgJiJ0y  
mXZOkx{  
public abstract class AudioMedia:IMedia @Dc?fyY*o<  
{ \2cbZQx  
public abstract void Play(); tI50z khaB  
} r,}U-S.w  
! K? o H  
public abstract class VideoMedia:IMedia 9>~UqP9  
{ hKq <e%oVH  
public abstract void Play(); W\09h Z6  
} r~q*E'n  
tln*Baq  
这样再更改MediaPlayer类的代码: vd7%#sHH&  
public class MediaPlayer { ?p55o  
{   RqTW$94RD  
public void Play(IMedia media) Q*wub9  
{   Dw}8ci'  
  media.Play(); :$Lu V5  
} gM=oH   
} M7Ej#Y  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Oi{X \Y  
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。 y Q\K;  
  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。 {l&6= z  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ,EPs>#d  
{ sO7$b@"u.  
IMedia media = null; ca>6r`  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) c +Pg[1-  
{ 0gY,[aQ2  
  case ("mp3"): #fg RF  
    media = new MP3(); m~s.al(G91  
    break; !>XG$-$`Z  
        //其它类型略; |~mq+:44+  
  case ("rm"): I#(D.\P  
    media = new RM(); }W&hPC  
    break;   S.o 9AUv9  
  //其它类型略; v=Ep  
} p)}iUU2N  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); `q Sfo`  
player.Play(media); }\5^$[p  
} cVv>"oF;~*  
G=4Da~<ij  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 1_vaSEov  
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。 KobNi#O+  
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;+A G^U<  
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。 TbyQ'MbUv  
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: 5=CLR  
public interface IMediaFactory x7$U  
{ x:8xGG9  
IMedia CreateMedia(); [uOW\)`  
} ,=KJ7zIK?  
B.2F\ub g  
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: wc-H`S|@  
public class MP3Factory:IMediaFactory ;p ~@*c'E  
{ x#yL&+'?Mj  
public IMedia CreateMedia() ]9z{ 95  
{ S9X~<!]  
  return new MP3(); $^R[t;  
} u?[P@_i<  
} n y6-_mA]  
//其它工厂略; 9ls<Y  
FY"!%)TV  
public class RMFactory:IMediaFactory = ! D<1<  
{  8.D$J  
public IMedia CreateMedia() Ikiv+Fq(  
{ 31mY]Jve"  
  return new RM(); pE >~F  
} e#`wshtN:  
} T 1m097  
//其它工厂略; W2h^ShG  
0 6 1@N=p8  
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。 <~# ZtD$G  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: `+]9+:tS  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !?B9 0(  
{ Qz&I~7aoyV  
IMediaFactory factory = null; l= 5kd.{  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) xy`aR< L  
{ M@@"-dy  
  //音频媒体 Y<Y5HI"  
  case ("mp3"): c0ET]  
    factory = new MP3Factory(); s$xctIbm?,  
    break; w#_xV =  
  //视频媒体 N3E Qq~lX  
case ("rm"): MO)N0{.b  
    factory = new RMFactory(); o?uTL>Zin  
    break;   R:YX{Tq  
  //其他类型略; !]q wRB$5  
} CD1}.h  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z<_{m 4I;  
player.Play(factory.CreateMedia()); EOhUr=5~  
} ew B&PR  
%t M]|!yw  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 H@2JL.(k  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: 5o\yhYS:  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z QND^a:  
{ En 3Q%  
IMediaFactory factory = null; @TC_XU)&  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) :av6*&+  
{     c_a*{L|c  
  case ("mp3"): Bn*D<<{T  
    factory = new MP3Factory(); g':mM*j&  
    break; P7d" E  
    //其他类型略; 4lC:svF  
  case ("rm"): 3EB8ls2  
    factory = new RMFactory(); 1R9hA7y&,/  
    break;   "_jcz r$*  
  //其他类型略; 7)G- EAF  
}  ~d_Z?Z  
IMedia media = factory.CreateMedia(); f5zxy!dhKS  
media.Play(); H?ssV^k  
} Sai_rNRWB  
2;.7c+r0  
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。 "XMTj <D  
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。 N8:?Z#z  
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。 5~4I.+~8  
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: ]hTYh^'e  
$6atr-Pb  
<appSettings> u*`acmS>N  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 3nf+ imAF  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ?sDm~]Z  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> yd5r]6ej  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> L <]j&  
</appSettings> D:'|poH  
34U/"+|z  
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: Hk8:7"4Q  
private void InitMediaType() F6Zl#eL  
{ <I'kJ{"  
cbbMediaType.Items.Clear(); MGX %U6  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 9 a2Ga   
{ N8 }R<3/  
    cbbMediaType.Item.Add(key); fHYEK~!C04  
} K,%H*1YKK  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; IJO`"da  
} vp &jSfQ^  
|332G64K  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: wlBdA  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) t`+x5*g W  
{ j(6:   
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); P (jlWr$$  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); wA) NB  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; Ps Qq ^/  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, zMt"ST.  
factoryDllName).Unwrap(); g"( vl-Uw  
IMedia media = factory.CreateMedia(); Y'Sxehx  
media.Play(); EnA) Rz  
} C*ZgjFvB  
 IPa08/  
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。 LslQZ]3MY  
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: h=YY> x  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 i68'|4o  
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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