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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) LP//\E_]  
a)M3t  
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。 :eR\0cn  
一、传统过程化设计思想 $gaGaB  
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: xHuw ?4  
public class MediaPlayer Zy^ wS1io  
{   qGECw#  
private void PlayMp3() zkHyx[L  
{ 9_J'P2e  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file.");  y7.oy"  
} 7m;<b$  
$`"$ZI6[  
private void PlayWav() _5v]69C#  
{ x UTlM  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); wI#R\v8(`n  
} #}C6}};  
Q^Q6| n  
public void Play(string audioType) li%A?_/m<&  
{   c- "#  
  switch (audioType.ToLower()) o(oD8Ni  
  { @BI;H V%k  
    case ("mp3"): G5!!^p~  
    PlayMp3(); J?qikE&  
    break; UkM#uKr:  
    case ("wav"): *~8g:;u  
    PlayWav(); (Iv*sd *  
    break;       *4[P$k$7  
  }   F)=*Ga  
} $x(p:+TI\4  
}  ~5n?=  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 g ~>nT>6  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 dRXrI  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! w,;ox2  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 rnM C[  
二、面向对象设计思想 B1z7r0Rm,  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! `/o|1vv@_  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: So}pA2[0  
public class MP3 m%)S <L7 l  
{ \r- v]]_<d  
public void Play() km6O3> p5r  
{ G PL^!_  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 921s'"  
} d"}lh:L9  
} K,Hxe;-  
a#+;BH 1  
public class WAV f:ep~5] G  
{ zz-X5PFn  
public void Play() ~!'T!g%C  
{ =Kt!+^\")  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); @Qd5a(5WM  
} 0MN)Z(Sa  
} 7E R!>l+  
b:x*Hjf  
Public class MediaPlayer BJnysQ  
{ S vW{1  
  switch (audioType.ToLower()) f!JSb?#3  
  { .zvvk  
    case ("mp3"): OQ4rJ#b  
        MP3 m = new MP3(); 1c:/c|shQ_  
    m.Play(); /5Xt<7vm8  
    break; 1N+ju"2R  
    case ("wav"): 3IQ-2 X--  
    WAV w = new WAV(); ]v0=jm5A  
w.Play(); KZ|p_{0&  
    break;       ky[^uQ>0  
  } /@6T~XY M  
}   (b+o$C  
  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。 l/56;f\IA  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) c1g'l.XL 3  
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。 l:sfM`Z^[  
public class AudioMedia \Z625jt  
{ oC(.u?  
public void Play() b`|,rfq^AZ  
{ #6nuiSF  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); R5fZ }C7  
} 57:27d0y  
} gr4JaV  
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)。 b&.3uls6  
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 R9iqRbn  
public abstract class AudioMedia )h/Qxf  
{ MG74,D.f  
public abstract void Play(); &;$- &;  
} x.>[A^  
]wV_xZ)l^A  
public class MP3:AudioMedia 3y*dBw  
{ #;<dtw  
public override void Play() tdnd~WSR  
{ W+aW2  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); 'BNZUuUl  
} `+GiSj8'G  
} p i\SRDP  
L7s _3\  
public class WAV:AudioMedia It5n;,n  
{ Io<L! =>  
public override void Play() ^c:I]_Ww  
{ =p#:v  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); BDPF>lPf<  
} {AAi x  
} _sIr'sR~  
)!d_Td\-  
public class MediaPlayer 9a{9|p>L  
{   > `+lEob  
  //根据需要完成任务的单向分派 gBo~NLrf  
public void Play(AudioMedia media) O\^D 6\ v  
{   z2OXCZ*/  
  media.Play(); n$3w=9EX *  
} !9EbG  
} ". wG~H  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 j4Y] 8  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 QHe:  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: xO;Qr.3PX  
public abstract class VideoMedia I9kBe}g3  
{ wbh^ZMQ  
public abstract void Play(); kI/%|L%6D  
} _H$Z }2g<z  
"Kf4v|6;  
public class RM:VideoMedia Hv|(V3-  
{ jN2Xoh9  
public override void Play() hPrE  
{ @{x+ln1r  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); s:Z1 ZAxv  
} 8YkCTJfBGu  
} vjYG>YhV  
[,q^\T  
public class MPEG:VideoMedia luV_  
{ G>W:3y  
public override void Play() ^uIKwql  
{ ]`eJSk.  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); X*rB`M7,  
} H9rZWc"*  
} Vvk \ $'  
lK #~lC  
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。 O]\eMM&  
  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: e}q!m(K]e-  
8Nxyc>8K~  
public interface IMedia Dlo4Wy  
{ q'<K$4_,%  
void Play(); f{f|frs  
} > V%3w7  
Y# ?M%I%j  
public abstract class AudioMedia:IMedia D[CEg2$y  
{ Fj0h-7L  
public abstract void Play(); ;#6j9M0  
} 3|.KEJC"  
yy$7{9!  
public abstract class VideoMedia:IMedia )lB*] n`Z]  
{ 'C\knQ  
public abstract void Play(); g;<_GL  
} !FJ_\UST0  
QzA/HP a  
这样再更改MediaPlayer类的代码: y{1|@?ii  
public class MediaPlayer /A/k13 J  
{   >rzpYc'~w  
public void Play(IMedia media) 6'vt '9  
{   t&Z:G<;  
  media.Play(); ?u /i8  
} t!}?nw%$  
} h5R5FzY0&  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 y5 bELWA  
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。 OgB ZoTT  
  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。 LjA>H>8%[  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) Z  )dz  
{ ~`x<;Ts  
IMedia media = null; EL-1o0 2-  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) Cn(0ID+3f  
{ B|+tK  
  case ("mp3"): *ocbV`  
    media = new MP3(); _"#ucM=B:-  
    break; k!6wVJ|_Y  
        //其它类型略; H&zhYKw  
  case ("rm"): :N([s(}!$2  
    media = new RM(); (~FLG I  
    break;   f; 1C)  
  //其它类型略; S  H5G  
}  a7UfRG  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); |);-{=.OdQ  
player.Play(media); O;*.dR  
} 7`f',ZK%  
{|J'd+  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 \aG:l.IM0  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 >HXmpu.O  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 ;{Kx$Yt+  
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。 .\> I-  
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: enGjom  
public interface IMediaFactory o-jF?9m  
{ &% \`Lwh  
IMedia CreateMedia(); V+kU^mI  
} q={\|j$X  
*rk!`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: ~y(- j[  
public class MP3Factory:IMediaFactory |VL(#U  
{ kWgZIkY  
public IMedia CreateMedia() gqRwN p  
{ Ysk,9MR(F  
  return new MP3(); R2af>R  
} ?][2J  
} iZ3%'~K<3J  
//其它工厂略; i>C:C>~  
~agzp`!M  
public class RMFactory:IMediaFactory LA.xLU3  
{ m18If  
public IMedia CreateMedia() +89s+4Jn  
{ xED`8PCfu  
  return new RM(); 89@e &h*  
} VBIY[2zf  
} YolO-5  
//其它工厂略; [~ sXjaL8  
I9`R L Sn  
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。 pCQB<6&1N  
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: 0omg%1vt<A  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) \1[I(u  
{ < }3c%Q1  
IMediaFactory factory = null; ? 5qo>W<7  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) _ G!lQ)1  
{ ,))UQ7N  
  //音频媒体 {Tp0#fi  
  case ("mp3"): .3%eSbt0  
    factory = new MP3Factory(); Eg"DiI)7  
    break; $Gs&' y R  
  //视频媒体 \vB-0w  
case ("rm"): }*~EA=YN;  
    factory = new RMFactory(); 3:i4DBp,i  
    break;   &t +   
  //其他类型略; @xJ qG"  
} %($qg-x  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); mAFqA  
player.Play(factory.CreateMedia()); kyQ%qBv ^  
} sD$ \!7:b  
\#[W8k<Z  
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。 {_1^ GIIS  
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/V@lDm  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) AF1";duA  
{ 2hV#3i  
IMediaFactory factory = null; ]],6Fi+  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower())  U&PAs e  
{     J'4{+Q_pa  
  case ("mp3"): XnQd(B`M  
    factory = new MP3Factory(); O`O{n_o^u  
    break; F_!6C-z  
    //其他类型略; .9Bimhc6K  
  case ("rm"): $V~r*#$.  
    factory = new RMFactory(); Z&=K+P  
    break;   _=jc%@]1y  
  //其他类型略; f)q\RJA)X  
} H*3f8A&@s  
IMedia media = factory.CreateMedia(); +15j^ Az  
media.Play(); h)q:nlKUW  
} ]nN']?{7PW  
k0?4vA  
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。 rd\mFz-SB  
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。 ;h_"5/#  
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。 9Ps:]Kp!vN  
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:  M}}9  
4hztYOhJ{  
<appSettings> h[3N/yP  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> C81+nR  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> :7IL|bA<  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> E$/`7p8)  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> !,Wd$U K  
</appSettings> 0G9@A8LU  
US'X9=b_  
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: ~R/7J{Sg  
private void InitMediaType() %,MCnu&Z  
{ H|T:_*5  
cbbMediaType.Items.Clear(); bOux8OHt*  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) %|Gi'-'|b$  
{ bXc7$5(!VB  
    cbbMediaType.Item.Add(key); jgYUS@}  
} a9"x_IVU  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; ~*Ve>4  
} q#I/N$F  
{O#=%o[  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: `8\pihww  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) X.xp'/d  
{ Y:G6Nd VFM  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); )rz4IfE  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); G=!Y~qg  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; l},*^Sn<5  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, 1 @E<5rp o  
factoryDllName).Unwrap(); X6!u(plVQ  
IMedia media = factory.CreateMedia(); u7fae$:&  
media.Play(); )& %X AW{  
} <|Bh;;  
Hy|$7]1  
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。 O\XN/R3  
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: )#T(2A  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 &B#HgWud  
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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