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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) E!]rh,mYK  
{Eb2<;1o{  
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。 UM;bVf?  
一、传统过程化设计思想 kO O~%|1CP  
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: o3`gx  
public class MediaPlayer (%^TTe  
{   a}8>(jtSt  
private void PlayMp3() U8@*I>vA  
{ OTbjZ(  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); j-\^ }K.&  
} bqLYF[#T  
x[<#mt  
private void PlayWav() t@mw f3,  
{ +]2~@=<@  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); iY`7\/H!L  
} ;bu;t#  
jfhDi6N  
public void Play(string audioType) st^N QL  
{   rs)aEmvC  
  switch (audioType.ToLower()) .ceU @^  
  { 'g, x}6  
    case ("mp3"):  E8V\J  
    PlayMp3(); @G&xq "Fg7  
    break; &_TjRj"  
    case ("wav"): *" +cP!  
    PlayWav(); 0ZN/-2c A#  
    break;       MZ'HMYed   
  }   ~WSC6Bh@9  
} G)Y!aX  
} Alz#zBGb  
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。 )<d8yLb  
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。 {$^|^n5j  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! ln5On_Wm  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 vq}V0- <  
二、面向对象设计思想 `F#KXk  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! V]2Q92  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: X9R-GT  
public class MP3 W2RS G~|  
{ |d K-r  
public void Play() M%/D:0  
{ "<n{/x(  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ctGjqHo  
} B}W^s;h  
} F3q5!1  
qF ?S[Z;  
public class WAV L<: ya  
{ F&0rI8Nr  
public void Play() t%)L8%Jr  
{ /bWV `*  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); 1na[=Q2  
} 0pQ>V)  
} wP%;9y2B  
.#X0P=  
Public class MediaPlayer *;Vq0a!  
{ cMj<k8.{  
  switch (audioType.ToLower()) M`(xAVl  
  { Xe5J  
    case ("mp3"): q9OIw1xQr*  
        MP3 m = new MP3(); gVGq  
    m.Play(); 1g;3MSn~  
    break; 1||e !W  
    case ("wav"): vjHbg#0%  
    WAV w = new WAV(); F?UL0Q|uv  
w.Play(); 5+U~ZW0|+  
    break;       vOqT Ld  
  } E(TY%wO  
}   uuq?0t2Z  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 Z8m/8M  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) r@_;L>  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 c6e?)(V>  
public class AudioMedia F*a+&% Q  
{ , 7}Ri  
public void Play() 2W}RXqV<  
{ e@6}?q;  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); O". #B  
} P?bdjU#_n`  
} lY6U$*9c  
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)。 UPbG_ #"wZ  
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: mk[n3oE1  
public abstract class AudioMedia cM55 vVd  
{ $Q?UyEi  
public abstract void Play(); il:+O08_  
} n.XT-X^  
EB)0 iQ  
public class MP3:AudioMedia M,l Ib9  
{ %cBJ haR{(  
public override void Play() ,\Cy'TSz  
{ ,#s}nJ4  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); {~Phc 2z  
} f9; M"Pd  
} d=q2Or   
`DEz ` D  
public class WAV:AudioMedia d~qDQ6!  
{ T@X!vCjf6  
public override void Play() SV-pS>#  
{ `?~pk)<C].  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Y@Ty_j~  
} c\n\gQ:LQ  
} d6wsT\S  
VNF@)!l  
public class MediaPlayer {gzL}KL  
{   P.LMu  
  //根据需要完成任务的单向分派 #p0vrQ;5f  
public void Play(AudioMedia media) ,LG6py&aT  
{   K o,O!T.  
  media.Play(); XD9lox  
} )| 3?7?X  
} 5v8_ji#l[  
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)。 7)z^*;x  
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。 _bu, 1EM  
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: *uNa( yd  
public abstract class VideoMedia @MTm8E6au  
{ UZv^3_,qz  
public abstract void Play(); v 6Tz7  
} G|v{[>tr  
a*! wiTGf  
public class RM:VideoMedia iq=<LOx  
{ X& pK#=  
public override void Play() *JUP~/Nr  
{ RoT}L#!!  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); b v~"_)C  
} dk# LAm0<  
} ]^p6db zWe  
DhYQ>Gv8U  
public class MPEG:VideoMedia W/L~&.'  
{ D!+d]A[r  
public override void Play() gYw4YP0Gz  
{ *6?h,Dt L  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); ZXh6Se4o  
} ??Q'| r  
} *xI0hFJIM  
@))PpE`co8  
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。 [}}?a   
  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: -J[*fv@  
ZkSlztL)Tr  
public interface IMedia by (xv0v;  
{ q ^Un,h64t  
void Play(); Vf:/Kokq  
} &A)AV<=>T  
wsYvbI!  
public abstract class AudioMedia:IMedia j}ywdP`a  
{ | U )  
public abstract void Play(); SvLI%>B=9  
} ,4M7:=gf  
<F{EZ Ii  
public abstract class VideoMedia:IMedia T{<riJ`O  
{ 3copJS  
public abstract void Play(); dj>zy  
} uxLT*,  
nLicog)!I  
这样再更改MediaPlayer类的代码: =bgzl=A`  
public class MediaPlayer z3x /Y/X$S  
{   3}~.#`QeY  
public void Play(IMedia media) B|XrjI?  
{   @)k/t>r(  
  media.Play(); 9K,PT.c  
} yK9:LXhf  
} &y_Ya%Z3*e  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 Pfi|RTX$'*  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 imw,Nb  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 i7D[5!  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) i[L5,%5<H  
{ 5argw+2s4$  
IMedia media = null; 1seWR"  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) I8};t b#  
{ &Z'3n9zl  
  case ("mp3"): !y_4.&C{  
    media = new MP3(); 6.5E d-  
    break; ,6VY S\a3  
        //其它类型略; lEAf\T7  
  case ("rm"): D]tI's1  
    media = new RM(); (-S\%,hO  
    break;   }Um,wY[tK  
  //其它类型略; oD<aWZ"Z  
} Ln+;HorZ]  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); z H|YVg  
player.Play(media); >E lK8  
} Z=R 6?jU*n  
Z-%zR'-?*  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 /tdRUX  
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。 (>49SOu;$\  
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。 'Nkd *  
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。 P*6h $T  
虽然这里有两种不同类型的媒体AudioMedia和VideoMedia(以后可能更多),但它们同时又都实现IMedia接口,所以我们可以将其视为一种产品。媒体工厂接口如下: f?JP=j  
public interface IMediaFactory ^=Dz)95c  
{ Tfq7<<0$N  
IMedia CreateMedia(); MD98N{+[|  
} H~$*R7~  
o[^nmHrM2  
然后为具体的媒体文件对象搭建工厂,并统一实现媒体工厂接口: 9QP-~V{$  
public class MP3Factory:IMediaFactory  LA]UIM@  
{ 43.Q);4  
public IMedia CreateMedia() {k}$L|w  
{  L}=DC =E  
  return new MP3(); Uee(1  
} y g:&cIr,  
} 3p1U,B}  
//其它工厂略; iV5S[uy72.  
N&yr?b'!-*  
public class RMFactory:IMediaFactory {nPiIPH  
{ A('o &H  
public IMedia CreateMedia() *qZBq&7tb  
{ ??#SQSU  
  return new RM(); ?zuKVi? I  
} u|"y&>!R-  
} e_YTh^wU  
//其它工厂略; 8kLHQ0pmu  
oTJ^WePZQ  
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 ;w7s>(ITZ  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: ~KQiNkA\|l  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) ;e{e ?,[  
{ %p:Z(zU  
IMediaFactory factory = null; Q{|_"sfJ  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) F'-,Ksn  
{ EQtYb"_  
  //音频媒体 k4PXH  
  case ("mp3"): @#=yC.s  
    factory = new MP3Factory(); KV)if'  
    break; @_$Un&eo  
  //视频媒体 LAFxeo  
case ("rm"): Dz&,g+>$J  
    factory = new RMFactory(); e3mFO+  
    break;   m3~_uc/+D  
  //其他类型略; | |L^yI~_d  
} )Ma/] eZ^I  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); _T_6Yl&cf)  
player.Play(factory.CreateMedia()); h1H$3TpP  
} :='I>Gn  
GExr] 2r  
到这里,我们再回过头来看MediaPlayer类。这个类中通过单向分派,根据传递参数的不同,分别实现了不同对象的Play方法。在不用工厂模式时,这个类对象会运行得很好。作为一个类库或组件设计者来看,他提供了一个不错的接口,供客户端程序调用。 :M<] 6o  
利用工厂模式后,现在看来MediaPlayer类已经多余。所以,我们要记住的是,重构并不仅仅是往原来的代码添加新的内容。当我们发现一些不必要的设计时,还需要果断地删掉这些冗余代码。修改后的代码如下: vJV/3-yX  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) -J+1V{  
{ t"GnmeH i  
IMediaFactory factory = null; |JIlp"[  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) KMIe%2:b5  
{     SED52$zA  
  case ("mp3"): XYWyxx5`  
    factory = new MP3Factory(); ]j>xQm\  
    break; VtLRl0/  
    //其他类型略; (x2?{\?  
  case ("rm"): )v_Wn[Y.H  
    factory = new RMFactory(); Gkuqe3  
    break;   wz`% ( \  
  //其他类型略; Ua \f]y  
} WOj}+?/3 R  
IMedia media = factory.CreateMedia(); #,z-Pj?O!  
media.Play(); Ac U@H0  
} wuXQa wo  
4k^P1  
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。 lU!_V%n  
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。 zlEI_th:~  
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。 RI8*'~ix]  
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: {g nl6+j  
IoOOS5a  
<appSettings> )] q Qgc&  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> ]8%E'd  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> 1_{e*=/y  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> RTlC]`IGT  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> =aB+|E  
</appSettings> z&H.fsL  
yn!;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: M <JX  
private void InitMediaType() $ H+X'1  
{ I<RARB-j  
cbbMediaType.Items.Clear(); :"# "{P  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) xKE=$SV(  
{ fSd|6iFH  
    cbbMediaType.Item.Add(key); i45.2,  
} h'S0XU ;  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; Mw,]Pt6~i  
} bp'%UgA)1  
dCM &Yf}K  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: IN3-ZNx  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1/mBp+D  
{ B ZU@W%E  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); I*%3E.Z@g  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); v\bWQs1  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; G.O;[(3ab  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, !+$QN4{9  
factoryDllName).Unwrap(); i Ehc<  
IMedia media = factory.CreateMedia(); mg:kVS  
media.Play(); 1d+Kn Jy  
} _YlyS )#@  
@nwVl8  
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。 Jq)k5X>&Sj  
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: -cUbIbW  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。  kVZs:  
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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