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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) xdSMYH{2A  
UylIxd  
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。 "*lx9bvV_  
一、传统过程化设计思想 ZU\$x<,  
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: ,:S#gN{U  
public class MediaPlayer v^9eTeFO  
{   7 [Us.V@  
private void PlayMp3() %NLd"SV  
{ bb_elmb)n  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); [v1$L p  
} rZI63S  
g@H<Q('fJ  
private void PlayWav() Xu{y5 N  
{ X9*n[ev  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); OTy!Q,0$.  
} 1hbQ30  
a~2Jf @I3  
public void Play(string audioType) 1j2U,_-  
{   S'x ]c#  
  switch (audioType.ToLower()) iM .yen_vp  
  { VwR\"8r3  
    case ("mp3"): $WYt`U;*lj  
    PlayMp3(); ekx(i QA  
    break; MWwqon|  
    case ("wav"): X}#vt?mu  
    PlayWav(); U6JD^G=qR,  
    break;       U]Q 5};FK  
  }   tB;PGk_6  
} ;MfqI/B{  
} |$ PA  
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。 uQdeKp4(  
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。 f1NHW|_j  
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! wBt7S!>G  
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。 rfDGS%!O%  
二、面向对象设计思想 e N`+r  
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! g$Tsht(rHD  
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: .-$3I|}X=  
public class MP3 qO@vXuul,  
{ [n9l[dN  
public void Play() M^ * ~?9  
{ C:1(<1K  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); a`Bp^(f}  
} AO<T6 VK  
} dV$[O`F* b  
V lZ+x)E  
public class WAV B7Ket8<J  
{ 5bb#{?2i  
public void Play() EWJB /iED  
{ *twGIX  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); <MEm+8e/s6  
} \Fjasz5E'  
} GW {tZaB  
gwB,*.z  
Public class MediaPlayer MJX ny4n  
{ }P.s  
  switch (audioType.ToLower()) ]Zb9F[  
  { yBK$2to~  
    case ("mp3"): .H|Z3d!Jj  
        MP3 m = new MP3(); :h@V,m Z  
    m.Play(); w&@tP^`  
    break; [Or1  
    case ("wav"): Q & /5B  
    WAV w = new WAV(); c@>ztQU*  
w.Play(); KXMf2)pa  
    break;       i, ^-9  
  } lLQcyi0  
}   o?]Q&,tO  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 @<DRFP  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) :%sG'_d  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 9>{ml&$  
public class AudioMedia @+;.W>^h  
{ #~Xj=M%  
public void Play() ;)ay uS sQ  
{ H[w';u[%  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); G=qlE?j`j  
} FqyxvL.  
} '&Ur(axs  
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)。 (bm> )U=  
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: Dp ['U  
public abstract class AudioMedia /'oo;e  
{ 9ad`q+kY  
public abstract void Play(); C32*RNG?U  
} f)vnm*&-  
~v&Q\>'  
public class MP3:AudioMedia B\D)21Ik}%  
{ }^I36$\  
public override void Play() o4: e1  
{ 548L^"D  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ](I||JJa9f  
} G{?`4=K  
} 0%xb):Ctw  
RAa1^Qb  
public class WAV:AudioMedia tF[) Y#  
{ 5XT^K)'  
public override void Play() h_-4Q"fb(  
{ FVNTE +LW  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); S/Ic=  
} ebEI%8p g  
} .3) 27Cjw  
v2gk1a &  
public class MediaPlayer !4v>|tq!  
{   .{eMN[ n@  
  //根据需要完成任务的单向分派 ]@y%j'e  
public void Play(AudioMedia media) 3L2NenJB  
{   Y'1 KH}sH  
  media.Play(); {'alA  
} ftmP dha%+  
} nh7_ jEX  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 UvMkL  
如果现在又增加了对WMA、MP4等音频文件的播放,只需要设计WMA类,MP4类,并继承AudioMedia,在相应的子类中重写Play方法就可以了,MediaPlayer类对象的Play方法根本不用任何改变。 _zbIS&4  
如果让媒体播放器能够支持视频文件,必须另外设计视频媒体的类。因视频文件和音频文件有很多不同的地方,不可能让视频继承音频。假设我们播放器支持RM和MPEG格式的视频。视频类代码如下: ,J2qLH1  
public abstract class VideoMedia Q~.t8g/  
{ ~(*tcs]hY  
public abstract void Play(); +DQUL|\  
} 8@ f!,!Wn  
}e|cszNRd  
public class RM:VideoMedia Z=$-S(>J  
{ eSIG+{;&  
public override void Play() d@^%fVhG  
{ Xz:ha >}C  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); X}G$ON  
} m{$+  
} E el*P M  
M8:i]   
public class MPEG:VideoMedia IjOBY  
{  &I-T  
public override void Play() kE6/d,  
{ RU#}!Kq  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); *]/iL#  
} Slo^tqbG  
} pC,Z=+:  
J e|   
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。 `3? HQ2n  
  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: gdSqG2/&  
>+<b_q|P  
public interface IMedia rYV]<[?~7  
{ aZo}Ix:/  
void Play(); 34CcZEQQ  
} 7f3,czW  
4n.JRR&;  
public abstract class AudioMedia:IMedia PN99 R]K0g  
{ P3!@}!r8  
public abstract void Play(); tf54EIy5Y  
} Q "NZE  
2aR9vmR  
public abstract class VideoMedia:IMedia 3S#p4{3   
{ A|K=>7n]U  
public abstract void Play(); (!b)<V*  
} !\VEUF,K?  
*[i49X&rd  
这样再更改MediaPlayer类的代码: 5"G-r._  
public class MediaPlayer e[Vk+Te7  
{   gT+wn-3  
public void Play(IMedia media) 4V{&[ Z  
{   "{+2Q  
  media.Play(); y(iq  
} THy?Y  
} t@R n#(~"  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 r"K!]Vw  
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。 DC_uh  
  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。 `e;r$Vpd_  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 2::YR?  
{ +qpG$#J0  
IMedia media = null; ,K@[+ R!  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) LRWM}'.s  
{ I.Catm2  
  case ("mp3"): z3 ^_C`(F  
    media = new MP3(); Is6}VLbB  
    break; 5~UW=   
        //其它类型略; ^kC!a>&  
  case ("rm"): w*~s&7c2B  
    media = new RM(); `#<UsU,~Lu  
    break;   |RD )pvVM  
  //其它类型略; yMyvX_UNI  
} zICCSF&H  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); yaG:}=.3  
player.Play(media); ,?jc0L.'r]  
} B1FJAKI);  
+-),E.  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 :J @3:+sr  
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。 `#W+pO  
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。 I YtiX  
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。 o(DG 3qk  
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: DC/Czkv9  
public interface IMediaFactory LibQlNW\  
{ IS!OO<  
IMedia CreateMedia(); (x\VGo  
} Vh;|qF 9  
vm;%713#1  
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: n8)&1 q?V  
public class MP3Factory:IMediaFactory yEjiMtQll]  
{ \p.yR.  
public IMedia CreateMedia() >l%8d'=Jl  
{ F_-xp1|  
  return new MP3(); 8oI|Z=  
} $aU.M3  
} JvvN>bg  
//其它工厂略; 7BINqVS&  
F7j/Zuj  
public class RMFactory:IMediaFactory dR_6j}  
{ (_@]-   
public IMedia CreateMedia() sm Ql^ 6a  
{ A15Kj#Oy  
  return new RM(); Sx J0Y8#z  
} HnjA78%i  
} \1<|X].jNY  
//其它工厂略; !"yr;t>|Zb  
7T6Zlp  
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。 ,W[J@4.  
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: ?B e}{Qqlg  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) aaKf4}  
{ uxDM #  
IMediaFactory factory = null; A/:_uqm4  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (K8Ob3zN_  
{ ![Gn0X?]  
  //音频媒体 4'`P+p"A  
  case ("mp3"): 0fvOA*UP  
    factory = new MP3Factory(); S2\;\?]^~  
    break; J;^PM:6  
  //视频媒体 %GY'pQz  
case ("rm"): })70S8k  
    factory = new RMFactory(); f@hM^%  
    break;   c'3N;sZ*B  
  //其他类型略; ZB)R4  
} ? _bFe![q  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); ;ltk}hJ]  
player.Play(factory.CreateMedia()); XKws_  
} vOz1& |;D  
Z|x|8 !D  
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。 Nb9GrYIS  
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: >"=DN5w ,S  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) |LbAW /9a  
{ ^Y+C!I  
IMediaFactory factory = null; *{+{h;p  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) e Bxm  
{     E X'PRNB,  
  case ("mp3"): a9p:k ]{  
    factory = new MP3Factory(); bFajK;  
    break; ILAn2W  
    //其他类型略; 2IM 31 .  
  case ("rm"): 7p]Izx8][  
    factory = new RMFactory(); U'9z.2"}9  
    break;   >l AtfN='  
  //其他类型略; w$9LcN  
} <,GVrVH=t"  
IMedia media = factory.CreateMedia();  &qdhxc4  
media.Play(); A&Aj!#  
} 0mUVa=)D  
&*7KQd  
如果你在最开始没有体会到IMedia接口的好处,在这里你应该已经明白了。我们在工厂模式中用到了该接口;而在客户端程序中,仍然要使用该接口。使用接口有什么好处?那就是你的主程序可以在没有具体业务类的时候,同样可以编译通过。因此,即使你增加了新的业务,你的客户端程序是不用改动的。 9NU0K2S  
不过,这样写客户端代码还是不够理想的,依然不够灵活,在判断具体创建哪个工厂的时候,仍需条件判断。现在看来,如果执行者没有完全和具体类分开,一旦更改了具体类的业务,例如增加了新的工厂类,仍然需要更改客户端程序代码。 Kw?3joy  
我们可以通过反射技术、条件外置很好地做到客户端的灵活性。 eZU9L/w:  
条件外置来实现,即通过应用程序的配置文件来实现。我们可以把每种媒体文件类的类型信息放在配置文件中,然后根据配置文件来选择创建具体的对象。并且,这种创建对象的方法将使用反射技术来完成。首先,创建配置文件: -j]k^  
m#8 PX$_  
<appSettings> ]7K2S{/o{  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> 7`A]X,:  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> D@68_sn  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> O8bxd6xb  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> Kf BT'6t  
</appSettings> =HsE:@  
Q*%}w_D6f  
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: VSDua.  
private void InitMediaType() 2 HQ3G~U  
{ LYRpd  
cbbMediaType.Items.Clear(); HrsG^x  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) #L+:MA7H  
{ 7LrmI~P  
    cbbMediaType.Item.Add(key); b\`S[  
} rq8 d}wj  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; lcm [l  
} Z#H<+S(  
[F-GaaM  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: \298SH(!7  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) v '+]T=  
{ }}tbOD)t  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); m?<E >-bI  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); Su2{nNC>  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; -%yrs6  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, qJdlZW<  
factoryDllName).Unwrap(); \_8wU' 7  
IMedia media = factory.CreateMedia(); A/'po_'uy  
media.Play(); ]1<GZ`  
} .nrllVG%`  
v}Ju2}IK  
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。 rjK`t_(=  
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: @0@ZlH wM  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 sg^|dS{3D  
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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