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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) &'}RrW-s  
}5}.lJ:  
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。 PSZL2iGj9V  
一、传统过程化设计思想 NR5oIKP?  
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: pm_u  
public class MediaPlayer fi$-;Gz  
{   sU@nc!&Y@  
private void PlayMp3() :=\Hoz  
{ E~gyy]8&  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); f,:9N5Z  
} VI'hb'2  
& '}/f5s|  
private void PlayWav() ,kF}lo)  
{ 1][S#H/?  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); qCqFy#Ms\  
} |(q9"  
!WpBfd>v.I  
public void Play(string audioType) h >s!K9  
{   BC&9fr  
  switch (audioType.ToLower()) 4bn(zyP  
  { $l|qk  z  
    case ("mp3"): U~j ^I^  
    PlayMp3(); @)4]b+8Z  
    break;  s8rE$  
    case ("wav"): $}jssnoU  
    PlayWav(); Ksy -e{n  
    break;       j&Wl0  
  }    oze&  
} ~?FpU  
} Ju :CMkv  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 6DuEL=C  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 [3--(#R\}?  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! 7TDy.]  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 `R=HKtr?  
二、面向对象设计思想 |]ZYa.+:  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! R5 9S@MsuD  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: 30.@g[~  
public class MP3 By9*1H2R  
{ *UmI]E{g3(  
public void Play() J_v$YwE  
{ @p NNq  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); WUsKnf  
} 371 TvZ4  
} pFHz"]  
9uBM<  
public class WAV ~(IB0=A{v  
{ ZObhF#Y9  
public void Play() t{WzKy  
{  OP x`u  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); iIq)~e/ Z  
} naw0$kXTA  
} fI~Xmw+}}  
Y5FbU  
Public class MediaPlayer qh2ON>e;  
{ 4W)B'+ZK8  
  switch (audioType.ToLower()) ^n"OL*ipG  
  { )l[M Q4vWW  
    case ("mp3"): ;Mpy#yIU.  
        MP3 m = new MP3(); Qe5U<3{JZ  
    m.Play(); j"|=C$Kn/  
    break; !/3B3cG  
    case ("wav"): ,;Hu=;  
    WAV w = new WAV(); t7?Zxq  
w.Play(); .NvQm]N0.  
    break;       g47-db"5  
  } W034N[9  
}   |<.lW  
  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。 +{W>i;U  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) 3rcKzS7  
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。 z3K6%rb-  
public class AudioMedia .D: Z{|.1  
{ Z<SLc,]^  
public void Play() kLn i{IYN7  
{ j/nWb`#y  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); )p~BQ~eip;  
} l:<?{)N`  
} [-;_ZFS{  
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)。 JNa"8  
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: Tp-l^?O-p  
public abstract class AudioMedia K_El&  
{ ' )?f{  
public abstract void Play(); d_)o  
} ,>eMG=C;g  
elG<k%/2  
public class MP3:AudioMedia Y))u&*RuT0  
{ we;G]`@?  
public override void Play() wm$}Pch  
{ xg NJeQ  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); K,bo VFs  
} nZ@&2YPlem  
} ]zQo>W$  
w[ !^;#  
public class WAV:AudioMedia +tk{"s^r*  
{ .$%Soyr?,  
public override void Play() 3plzHz,x  
{ 'C ~ y5j  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 8-_QFgY  
} _&j}<K$- (  
} vt;{9\Y  
nM-h&na{s  
public class MediaPlayer V {pj~D.E  
{   lI-L` x  
  //根据需要完成任务的单向分派 _/s(7y!  
public void Play(AudioMedia media) Lv'D^'I  
{   6C]1Q.f;  
  media.Play(); S`"LV $8  
} M\Z6$<H?U  
} bV8!"{  
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)。 0em#-*|2"  
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。 YR>B_,Gl  
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: B,K>rCZ/  
public abstract class VideoMedia LF~*^n>  
{ Ircp``g  
public abstract void Play(); +AHUp)  
} $T`<Qq-r  
)Lwc  
public class RM:VideoMedia 4 &_NJ\  
{ kIGbG;"_  
public override void Play() 9P~\Mpk  
{ `xywho%/Y  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); gOr%!QaF  
} `S2[5i  
} 0qo)."V{  
T.We: ,{  
public class MPEG:VideoMedia v|Yh w  
{ Xy@7y[s]  
public override void Play() 1 29q`u;  
{ GF>'\@Th  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); o4%y>d)  
} j8fpj{hp  
} ;Ww7"-=sw  
??i,Vr@)w  
这样设计还是有点糟糕,这样就无法实用原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的视频RM文件并不是音频媒体AudioMedia的子类。 {2+L @  
  不过,我们可以这样想,无论音频媒体还是视频媒体都是媒体,有很多相似的功能,如播放、暂停、停止等,为此我们把“媒体”这个概念抽象出来做为一个接口。(虽然也可以用抽象类,但在C#里只支持类的单继承,不过c#支持接口的多继承)。根据接口的定义,你完全可以将相同功能的一系列对象实现同一个接口。让音频媒体类及视频媒体类都继承媒体这个接口。代码如下: Mnz!nWhk  
#ssN027  
public interface IMedia EC\yz H*X  
{ wQiX<)O  
void Play(); T[sDVkCbxf  
} :k3Nt5t!  
^B@Wp  
public abstract class AudioMedia:IMedia rDQ!zlg>l  
{ c{&*w")J  
public abstract void Play(); ,WG<hgg-U)  
} :^fcC[$K  
sz)oZPu|  
public abstract class VideoMedia:IMedia ']>Mp#j  
{ _x? uU  
public abstract void Play(); ObE,$_ k  
} ;+tpvnV;]  
~,BIf+ \XF  
这样再更改MediaPlayer类的代码: :sP!p`dl  
public class MediaPlayer /-qxS <?o  
{   :LQ5 u[g$\  
public void Play(IMedia media) h~(D@/tB  
{   dpFVN[\oK  
  media.Play(); >A<bBK#  
} vk?skN@  
} <7n4_RlF!  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 <]T`3W9  
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。 gCN$}  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 Qed.4R:o  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) MUA%^)#u4Q  
{ gt ";2,;X  
IMedia media = null; hTEx]# (  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) UH"#2< |b  
{ X5`AGyX  
  case ("mp3"): KMV=%o  
    media = new MP3(); ?qX)ihe%k  
    break; :Pg}Zz<  
        //其它类型略; n f.wCtf].  
  case ("rm"): q~5 9F@  
    media = new RM(); %uoQ9lD'  
    break;   X5khCL Hi  
  //其它类型略; fnNYX]_bk  
} T`9u!#mT=  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); cI=r+ OGk*  
player.Play(media);  :Mcu  
} ~\cO"(y5:O  
f_imyzP   
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 581e+iC~<H  
随着需求的增加,程序将会越来越复杂。此时就应调整设计思想,充分考虑到代码的重构和设计模式的应用。最后当设计渐趋完美后,你会发现,即使需求不断增加,你也可以神清气爽,不用为代码设计而烦恼了。 t(+) #  
为了实现软件工程的三个主要目标:重用性、灵活性和扩展性。我们不访用设计模式、条件外置及反射来实现。 Ik[s  
使用工厂模式,能够很好地根据需要,调用不同的对象(即动态调用),保证了代码的灵活性。 _9?I A  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: qBQ`~4s  
public interface IMediaFactory XgxX.`H7  
{ d~?X/sJ t  
IMedia CreateMedia(); (s1k$@d  
} Z{ u a=0  
sU"}-de  
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: cwuO[^S}  
public class MP3Factory:IMediaFactory eXkujjSw"  
{ (__yh^h:m  
public IMedia CreateMedia() 7;tJK^J`  
{ #CnHf  
  return new MP3(); nD0}wiL{  
} shH~4<15  
} Khe!g1=&X  
//其它工厂略; &tZG @  
[Cb` {  
public class RMFactory:IMediaFactory 7-~Q5Kr.  
{ D!oc>K$B  
public IMedia CreateMedia() &%2*Wu;  
{ d7&eLLx  
  return new RM(); +,&O1ykY  
} nZ_v/?O  
} ,j?.4{rHJ  
//其它工厂略; SR8qt z/V  
#k$)i[aI-  
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。 X/; p-KX  
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: 6AP~]e 8  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ?6k}ii!c  
{ * FeQ*`r  
IMediaFactory factory = null; -@F fU2  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) `?y<>m*  
{ -3&G"hfK  
  //音频媒体 M^7MU}5w  
  case ("mp3"): rFZrYm  
    factory = new MP3Factory(); `$YP<CJeq  
    break; jr /lk  
  //视频媒体 $v`afd y  
case ("rm"): O Lc}_  
    factory = new RMFactory(); ';G1A  
    break;   zi'Jr)n  
  //其他类型略; S/`%Q2za4  
} Ln.ZVMZ;  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); Xwa_3Xm*Le  
player.Play(factory.CreateMedia()); Qe'g3z>  
} yfDAk46->6  
X]y )ZF26  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 Dl&GJ`&:p  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: v`c$!L5  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v6GsoQmA   
{ jhGlG-^  
IMediaFactory factory = null; $3d}"D  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) PU {uE[  
{     1 Vy,&[c~"  
  case ("mp3"): id?#TqD  
    factory = new MP3Factory(); `Ci4YDaz;k  
    break; ^#):c`  
    //其他类型略; vMs;>lhtg  
  case ("rm"): ,WQ^tI=O  
    factory = new RMFactory(); 2`a q**}  
    break;   &W6^6=E{g  
  //其他类型略; k{AyD`'Q  
} :+%Zh@u\  
IMedia media = factory.CreateMedia(); 3S BZ>  
media.Play(); B(DrY1ztj  
} ;XC@ =RpX  
-/D|]qqHm  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 46h@j>/K  
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 _Hd{sd#xX1  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 vU*x2fVb}  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: {S<>&?XB  
8yW oPm<A  
<appSettings> %>WbmpIyc  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> e9^2,:wLB  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 1P]de'-`j  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> )2Hff.  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> nd{R 9B  
</appSettings> 8z<r.joxC  
DXQi-+?  
然后,在客户端程序代码中,自定义一个初始化方法如:InitMediaType(),读取配置文件的所有key值,填充cbbMediaType组合框控件中: >J=<bhR  
private void InitMediaType() (X6sSO  
{ ~JuKV&&}K  
cbbMediaType.Items.Clear(); .1QgK  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) 3|rn] yZ  
{ p8+/\Ee]B  
    cbbMediaType.Item.Add(key); ~"!a9GZ  
} @-#T5?  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; O4No0xeWo  
} |c2v%'J2G  
8@M'[jT  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: N8!TZ~1$  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) S^f:`9ab9  
{ df=z F.5  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); @("}]/O V:  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); R: aYL~  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ^+R:MBK  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, l #@&~f[  
factoryDllName).Unwrap(); p8,0lo  
IMedia media = factory.CreateMedia(); n+D#k 8{  
media.Play(); qUf)j\7"Fn  
} =f:(r'm?r.  
ACV ek  
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。 ~]8p_;\  
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: ^ft]b2i  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 l[/q%Ca'>  
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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