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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) B|O/h! H.  
o/fq  
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。 6zLz<p?  
一、传统过程化设计思想 ;61m  
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: lC1X9Op  
public class MediaPlayer xy|-{  
{   GfQP@R"  
private void PlayMp3() LE Y Y{G?  
{ vAJfMUlP  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); z~oGd,  
} _+8$=k2nM  
}# -N7=h  
private void PlayWav() J 6S  
{ I#Tl  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); <v('HLA  
} r`cCHZo/V  
b@f. Kd7I  
public void Play(string audioType) cuR|cUK  
{   b}$m!c:<8  
  switch (audioType.ToLower()) Te> 7I  
  { yg2~qa:dZ  
    case ("mp3"): y( MF_'l  
    PlayMp3(); CFZ= !s)B  
    break; jq["z<V )x  
    case ("wav"): @/JGC%!  
    PlayWav(); DoPm{055J  
    break;       A}\Rms 2  
  }   !@/?pXt|  
} \FTv N  
} hpXu3o7e  
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。 ?k_=?m  
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。 _'AIXez7q  
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! V_}`2.Pg  
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。 2.&v{gq  
二、面向对象设计思想 =QyO$:t  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! ~ilbW|s?=k  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: oqDW}>.  
public class MP3 %e%nsj6  
{ JZL!(>tI  
public void Play() q{7s.m >  
{ xel&8 `  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ~.x!st}  
} @-b}iP<T  
} K)Db3JIIk  
v:6b&wS L3  
public class WAV VY _(0  
{ |x<  
public void Play() \0WMb  
{ m; ABHq#  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); t41cl  
} _i8$!b2Mr  
} ,(`@ZFp$  
jQ`"Op 3  
Public class MediaPlayer %q*U[vv  
{ u khI#:[  
  switch (audioType.ToLower()) 1C$^S]v%a  
  { D}"GrY 5  
    case ("mp3"): K.z}%a  
        MP3 m = new MP3(); e('c 9 Y  
    m.Play(); "4t Ry9q  
    break; *h =7:*n  
    case ("wav"): x(b&r g.-0  
    WAV w = new WAV(); $e*Nr=/  
w.Play(); ~4`wfOvO  
    break;       2%8N<GW.F  
  } cE*|8'rSf  
}   ~!A,I 9  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 i2j)%Gc}  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) n)K6Z{x  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 N{ 9<Tf*  
public class AudioMedia 6U /wFT!7$  
{ Y*}Sq|y  
public void Play() H1?1mH  
{ K5.C*|w  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); [U jbox  
} |\_O8=B%  
} +Zr03B  
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)。 zIo))L  
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: mtOrb9` m  
public abstract class AudioMedia nlY ^  
{ W;-Qze\D  
public abstract void Play(); u%h<5WNh<  
} _+;x 4K;  
*Cb(4h-  
public class MP3:AudioMedia S&=B&23T  
{ 0Hz3nd?v  
public override void Play() GS{9MGl  
{ *TXq/ 3g  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); R*[ACpxr  
} gR(c;  
} KcU,RTE  
=;{S>P!I(t  
public class WAV:AudioMedia 3?geJlD4  
{ ?B}>[  
public override void Play() u51/B:+   
{ isd[l-wAmf  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); LTY.i3  
} R #ZDB]2  
} Yj"UD:p  
uo{QF5z]  
public class MediaPlayer b R6bS7$  
{   f/c}XCH_h  
  //根据需要完成任务的单向分派 I&xRK'  
public void Play(AudioMedia media) 2~@=ua[|=5  
{   O:x=yj%^  
  media.Play(); 8zGzn%^  
} zyR pHM$E  
} C}>&#)IH  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 YG8oy!Zl  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 g/@CESfm'  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: 67g/(4&  
public abstract class VideoMedia qQ_B[?+W  
{ i Bi/9  
public abstract void Play(); L9kP8&&KK  
} )} #r"!  
]d[q:N]z  
public class RM:VideoMedia +|?c_vD  
{ |s^ar8)=)  
public override void Play() >r*Zm2($MR  
{ s=nds"J  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); kp$ILZ  
} #X8[g_d/  
} TXaXJIp  
4|e#b(!  
public class MPEG:VideoMedia B';Ob  
{ ]@P*&FRcZ  
public override void Play() DEs?xl]zO  
{ /{U{smtdFl  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); =,'Z6?%p  
} 6:!fyia  
} ZJpI]^9|  
lV 9q;!/1  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 vuZ<'?Nm  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: L~$RF {$  
oN$ZZk R  
public interface IMedia (NQ[AypMI  
{ e)7)~g54  
void Play(); cm3Y!p{p"  
} 'SieZIm)  
st2>e1vg  
public abstract class AudioMedia:IMedia e&5K]W0{  
{ hJ<2bgQo  
public abstract void Play(); @CmxH(-i-  
} {2x5 V#6  
B<R-|-#  
public abstract class VideoMedia:IMedia hmH$_YP}  
{ qWFg~s#+  
public abstract void Play(); (+_J0i t  
} vy#(|[pL{  
f+6l0@K2  
这样再更改MediaPlayer类的代码: GCKl [<9*  
public class MediaPlayer US|vYd}u+  
{   0o]K6 b  
public void Play(IMedia media) fUL"fMoU  
{   f3>/6 C  
  media.Play(); ,2`d3u^CW  
}  {5udol5?  
} jveRiW@  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 @\y7 9FX  
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。 P1QJ'eC;T  
  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。 Kq$Zyf=E  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ie!4z34  
{ W!k6qTz)  
IMedia media = null; }D^Gt)   
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) .%rR  
{ taQ[>x7b  
  case ("mp3"):  T_uuFL  
    media = new MP3(); O5Lv :qAa  
    break; ; ]Aa  
        //其它类型略; YiTp-@$}  
  case ("rm"): t}7wR TG  
    media = new RM(); m}9V@@  
    break;   v#|c.<].  
  //其它类型略; z aF0nov  
} >I?Mi{'a  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Bkc-iC}F  
player.Play(media); XV>6;!=E  
} 4m*(D5Y=|  
$<4Ar*i  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 DBUwf1=qj  
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。 mz*z1`\7v\  
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$9QW3.M  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 ~@8d[Tb  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: Yg[IEy  
public interface IMediaFactory S nHAY <  
{ l5[xJH  
IMedia CreateMedia(); ".%LBs~$  
} ;ZJ,l)BNO  
PHvjsA%"   
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: /09=Tyy/\  
public class MP3Factory:IMediaFactory \6hL W_q1  
{ `5Btg. &  
public IMedia CreateMedia() hD1AK+y  
{ Wts{tb  
  return new MP3(); `4 bd,  
} shT[|@"C  
} mM* yv  
//其它工厂略; lrhAO"/1  
k+[KD>;1  
public class RMFactory:IMediaFactory +ca296^  
{ Nr9[Vz?$P  
public IMedia CreateMedia() gKN_~{{OD  
{ b3xkJ&Z  
  return new RM(); j/D)UWkR  
} \`&pk-uW  
} P(epG?Qg  
//其它工厂略; _}@n_E  
?(q*U!=  
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。 rx>Tc#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: 49oW 'j  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2^6TrZA7M6  
{ (QSWb>np  
IMediaFactory factory = null; ?d<:V.1U@  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) GB?#1|,  
{ w3qf7{b  
  //音频媒体 rA,Y_1b *  
  case ("mp3"): d7J[.^\  
    factory = new MP3Factory(); q7&yb.<KD.  
    break; I#t9aR+&  
  //视频媒体 S7ehk*`  
case ("rm"): I ~L Q1 _  
    factory = new RMFactory(); F/*fQAa"  
    break;   kA%OF*%|6  
  //其他类型略; .k`*$1?73x  
} s2?,'es  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); }c4E 2c  
player.Play(factory.CreateMedia()); :.o=F`W  
} gAA %x 7  
;"Y;l=9_  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 hlFU"u_  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: R}wwC[{  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) l5';?>!s  
{ p@8krOo`  
IMediaFactory factory = null; kg I=0W>  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) @ P"`=BU&  
{     o+-Ge J  
  case ("mp3"): ./nYXREO|  
    factory = new MP3Factory(); udD* E~1q  
    break; ~hz@9E]O  
    //其他类型略; 7e4tUAiuU  
  case ("rm"): e4q k>Cw  
    factory = new RMFactory(); ~5 pC$SC6>  
    break;   #/t>}lc  
  //其他类型略; "1!.^<V*  
} Da8$Is;n  
IMedia media = factory.CreateMedia();  K-5"#  
media.Play(); 9`C iE  
} B:- KZuO  
|369@un6  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 O\?5#.   
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 vQYfoam;  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 ;}eEG{`Y  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: A,lw-(.z4Z  
3]`qnSYBv  
<appSettings> !|<f%UO  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Rhv".epz  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> t6bWSz0  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> ! jX+ox  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> nhP~jJn  
</appSettings> oyN+pFVB:$  
ccN&h  
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: /cL9 ?k;o  
private void InitMediaType() NkA6Cp[Q,1  
{ h`EH~W0:z  
cbbMediaType.Items.Clear(); S?nNZW\6[  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) L\:YbS~]  
{ ^mgI%_?1  
    cbbMediaType.Item.Add(key); U.pr} hq  
} @0UwI%.  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; 2>MP:yY;K  
} Eo { 1y  
XuFm4DEJ  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: }U?gKlLg  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) j |'# 5H`  
{ @%G'U&R{  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); D2TXOPH  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); hDB`t $  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; 7:VEM;[d  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ;H y!0n  
factoryDllName).Unwrap(); /md Q(Dm  
IMedia media = factory.CreateMedia(); 9Nag%o{*S>  
media.Play(); cu479VzPx:  
} Pzk[^z$C  
 g`)/x\  
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。 (Y'UvZlM%P  
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: \2gvp6  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 E2qB:  
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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