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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) /i.3v45t"  
lB3@ jF  
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。 ]n _OQ)VO  
一、传统过程化设计思想 OFH!z{*  
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: ?Zu2=<DU  
public class MediaPlayer 9O1#%  
{   C{^U^>bU  
private void PlayMp3() KVQ|l,E, /  
{ jG~zpZh  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); Y_S>S( 0  
} oS.fy31p  
fR]%:'2k  
private void PlayWav() (nL''#Ka  
{ @'XxMO[Z!<  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ~ A?  
} w&VMb&<  
cVk&Yp;[*  
public void Play(string audioType) b9FfDDOq"  
{   fdk]i/*)  
  switch (audioType.ToLower()) H & L  
  { AXBf\ )[  
    case ("mp3"): /-J12O  
    PlayMp3(); $=) i{kGS@  
    break; <~D-ew^BU  
    case ("wav"): 0H;,~ WY  
    PlayWav(); fiG/ "/u  
    break;       gN./u   
  }   _\mMgZu  
} %uA\Le  
} [(Jj@HlP6T  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 c:>&iB-Yu  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 r92C^h0  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 1"7Rs}l7  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 e&*< "WN  
二、面向对象设计思想 n\CQ-*;l  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! 6<E4?<O%  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 2pu8')'P  
public class MP3 g3*" ^C2=  
{  J^"  
public void Play() BC}+yS \  
{ oz54IO  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); T8*<  
} O:K={#Xj  
} `VJJ"v<L  
R> r@[$z+  
public class WAV vbXZZ  
{ +*Um:}&  
public void Play() Jng,:$sZ  
{ srX" vF  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 4|PNsHXt  
} KaRdO  
} )+!~xL  
/<J&ZoeJB  
Public class MediaPlayer qhNY<  
{ S4qj}`$ Yv  
  switch (audioType.ToLower()) F% <hng%k  
  { $]H^?  
    case ("mp3"): Hjho!np  
        MP3 m = new MP3(); kZ^}  
    m.Play(); \=kre+g  
    break; c(:qid  
    case ("wav"): +1`Zu$|  
    WAV w = new WAV(); qJ\tc\  
w.Play(); g(9\r  
    break;       j9sK P]w  
  } ?hW?w$C  
}   7hQf T76h  
  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。 f(Hh(  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) Lbo8> L(  
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。 G|WO  
public class AudioMedia v\LcZt`}  
{ m@qM|%(0x  
public void Play() z?a<&`W  
{ KZK9|121  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); $M `%A  
} iGCA>5UE  
} A(!nT=0o  
现在引入继承思想,OOD就有点雏形了(不是说有了继承就有了OOD思想,这里只是从继承的角度谈一谈OOD思想,当然从其他角度如合成、聚合等角度也能很好地体现OOD思想)。 /~k)#44  
其实在现实生活中,我们的播放器播放的只能是某种具体类型的音频文件如mp3,因此这个AudioMedia类只能是音频媒体的一个抽象化概念,并没有实际的使用情况。对应在OOD设计中,既这个类永远不会被实例化。为此我们应将其改为抽象类,如下: E="FE.%A  
public abstract class AudioMedia =x8F!W}Bt<  
{ AYB =iLa  
public abstract void Play(); J?Y1G<&  
} t")+ L{  
%&D,|Yl6  
public class MP3:AudioMedia Cpyv@+;D  
{ h}vzZZ2,  
public override void Play() pWU3?U  
{ b?h)~j5  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ) ?AlQA  
}  ppwjr +  
} \ow3_^Bk  
u9d4zR  
public class WAV:AudioMedia bo;;\>k  
{ Cd>GY  
public override void Play() ^>?E1J3u  
{ s|/m}n  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 2<Vw :+,  
} ;=&D_jGf]  
} >lD*:#o  
)kMA_\$,  
public class MediaPlayer gnAM}  
{   QFg,pTj  
  //根据需要完成任务的单向分派 m 6Xex.d  
public void Play(AudioMedia media) ]e*Zx;6oi  
{   81O\BO.T  
  media.Play(); u!&w"t61Nd  
} [# X:!xcl  
} ,&wTUS\  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 D][e uB  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 %SWtE5HZQq  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: [31vx0$_p  
public abstract class VideoMedia 3$]SP1Mc(  
{ 1x\Vz\  
public abstract void Play(); M 5mCG  
} .GJl@==~1  
R"j6 w[tn  
public class RM:VideoMedia y:FxX8S$'e  
{ @uIY+_E40g  
public override void Play() ,I(PDlvtM  
{ Lk%u(duU^  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); 6$]p;}#  
} _h@s)"  
} Hh/Z4`&yi  
5if4eitS  
public class MPEG:VideoMedia -EwtO4vLJ  
{ Fx^e%":@ip  
public override void Play() uO4kCK<7C  
{ auV'`PR  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); >DHpD?Pm!  
} aJnZco6  
} =cy;{2S'p  
(thDv rT@2  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 ?DAW~+,!7o  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: P'4oI0Bw  
jU4*fzsZI  
public interface IMedia F TB@70  
{ w(lxq:>"  
void Play(); gq$]jWtCD  
} /0w?"2-  
Yl65|=n e  
public abstract class AudioMedia:IMedia ?*I _'2  
{ R~z@voM*<  
public abstract void Play(); m,zZe}oJ  
} o_2mSD!  
}]-SAM  
public abstract class VideoMedia:IMedia c$<7&{Pb  
{ =r<0l=  
public abstract void Play(); \\j98(i  
} 8QFn/&Ql$B  
i.4L;(cg  
这样再更改MediaPlayer类的代码: v> vU]6l  
public class MediaPlayer Rp#9T?i``[  
{   5kwDmJy  
public void Play(IMedia media) 5W0'r'{  
{   qO5.NIs  
  media.Play(); 1' #%U A  
} ELF,T (  
} !P Cw-&  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 =~Ac=j!q  
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。 ?K<m.+4b*y  
  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。 rUunf'w`e1  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) qXHr"  
{ $(2c0S{1  
IMedia media = null; s+"[S%  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) *^'$YVd#  
{ _$OhV#LKG  
  case ("mp3"): #}^ kMD >  
    media = new MP3(); Y(>]7  
    break; {.W$<y (j7  
        //其它类型略; G\ twx ;  
  case ("rm"): V24i8Qx  
    media = new RM(); !ul)e;a  
    break;   Sb&sW?M  
  //其它类型略; xg'FC/1LD  
} T=8> 0D^v5  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ulnG|3A9  
player.Play(media); O/gBBTB  
} sLx!Do$'  
D`r^2(WW  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 a8?Zb^  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 H}}]Gh.T  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 X&^8[,"  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 I,{9vew  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: TQx''$j\  
public interface IMediaFactory {u BpM9KT  
{ %@<}z|.4  
IMedia CreateMedia(); :#!m(s`  
} Ga\E`J$c  
/ jI>=:z  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: *iSsGb\M%  
public class MP3Factory:IMediaFactory "%+C@>`(  
{ H79|%@F"  
public IMedia CreateMedia() =1o_:VOG  
{ )t G`a ;  
  return new MP3(); =,D3e+P'  
} jWb;Xk4  
} 8aw'Q?  
//其它工厂略; <De29'},y  
xACAtJ'gc  
public class RMFactory:IMediaFactory ~+VIELU<%  
{ (r cH\   
public IMedia CreateMedia() Ez^U1KKOE7  
{ /*Z ,i&eC  
  return new RM(); xbex6i"ZE  
} u1y c  
} @].Ko[P~  
//其它工厂略; ]R^?Pa1Te4  
}U$Yiv  
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。 UzVnC:  
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: P,Fs7  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 3@e#E4+ff  
{ 6Lw34R  
IMediaFactory factory = null; WU-.lg'c'  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) M%f96XUM  
{ i(q%EMf  
  //音频媒体 < C\snB  
  case ("mp3"): /H+j6*}r  
    factory = new MP3Factory(); a;AvY O  
    break; 6 2&E]>A(i  
  //视频媒体 4/S% eZB  
case ("rm"): gIS<"smOo  
    factory = new RMFactory(); }q-_|(b;  
    break;    WpX)[au  
  //其他类型略; tP2hU[7Z  
} >Pv#)qtm  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); rlYAy5&  
player.Play(factory.CreateMedia()); |+//pGx  
} X}`|"NIk.  
3O<:eS~  
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。 `[V]xP%V  
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:  +Io^U  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M{+Ie?ZI  
{ 1btQ[a6j  
IMediaFactory factory = null; I%(`2 rD8G  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) i Xtar;%  
{     B8z3W9  
  case ("mp3"): ,u|vpN  
    factory = new MP3Factory(); q4$zsw  
    break; sHO6y0P  
    //其他类型略; Le"$ksu>  
  case ("rm"): EBS04]5ul  
    factory = new RMFactory(); EzK,SN#  
    break;   RE`XyS0Q  
  //其他类型略; c@)k#/[[b  
} ^w4FqdGM  
IMedia media = factory.CreateMedia(); MWGW[V;  
media.Play(); Q9)/INh  
} :(,uaX> {  
ny17(Y =  
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。 vBCQ-l<Ub  
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。 W[A;VOj0$  
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。 fB[I1Z  
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: vINm2%*zJ  
M(o?I}  
<appSettings> l)`bm/k]V  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> j,QeL  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> ~a&s5E {  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ]O s!=rt  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> ),5^bl/  
</appSettings> |cL'4I>b9  
tF SO"  
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: F*rU=cu  
private void InitMediaType() LBT{I)-K  
{ R[5*]$(b  
cbbMediaType.Items.Clear(); <jXXj[M2  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) # )-Kf  
{ zghUwW|K  
    cbbMediaType.Item.Add(key); aoQK.7  
} z c N1i^   
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; EY;C5P4  
} yWsV !Ub  
1Qui.],c  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: PiXegh WH  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) kL,bM.;  
{ x/47e8/  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); GQ ZEMy7  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); NK]X="`  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ext`%$ U7  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l'T3RC,\  
factoryDllName).Unwrap(); oEvXZ;F@.  
IMedia media = factory.CreateMedia(); !'(bwbd  
media.Play(); a5C%OI<  
} J3cbDE%^m  
_7? o/Q?F%  
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。 *[@lp7  
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: a+ZP]3@ 7  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ?UnOi1"v9  
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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