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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) :4f>S) m  
Cz%tk}2  
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。 I$Bu6x!  
一、传统过程化设计思想 XvU^DEfW  
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: PtUea  
public class MediaPlayer `*J;4Ju@  
{   \<}4D\qz  
private void PlayMp3() v\3:R,|'  
{ arR9uxP  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); D+Ke)-/  
} 6fozc2h@x%  
}Ss]/ _t  
private void PlayWav() ;wi}6rF%[i  
{ zq=X;}qYj  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); a5/6DK>  
} b1(7<o  
3 %ppvvQ  
public void Play(string audioType) F3XB};  
{   LyaFWx   
  switch (audioType.ToLower()) aL9 yNj}2  
  { &Hb;; Ic(  
    case ("mp3"): 7*9a`p3w  
    PlayMp3(); lTe7n'y^^  
    break; KxZO.>,  
    case ("wav"): `K,{Y_  
    PlayWav(); L9|55z  
    break;       Ho}"8YEXNV  
  }   Rr'#OxF  
} b) k\?'j  
} 0h[p w   
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 Z`UwXp_s  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 |\?mX=a.y  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! s#%$aQ|Fp  
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。 yJCqP=  
二、面向对象设计思想 wx a?.  
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! u3"0K['3  
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: ?s=O6D&   
public class MP3 Vq'\`$_  
{ 5r*5Co+  
public void Play() eI+<^p_j2  
{ 77FI&*q  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); _GoV\wGKl  
} LH=gNFgzt  
} X"4 :#s  
q#{.8H-X'  
public class WAV vD=>AAvG  
{ mv5=>Xc6  
public void Play() +VJS/  
{ ! :[`>=!  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); :bh#,]'  
} J**-q(>  
} ae1?8man  
zn,y'},  
Public class MediaPlayer "!ZQ`yl  
{ HHT_}_?  
  switch (audioType.ToLower()) R&>G6jZ?8  
  { <G9HVMiP  
    case ("mp3"): .!fhy[%o:D  
        MP3 m = new MP3(); :y/1Jf'2f  
    m.Play(); Q[j'FtP%  
    break; e -!6m #0  
    case ("wav"): iKJ-$x_5  
    WAV w = new WAV(); kLsp0% 2  
w.Play(); 1V\tKDM  
    break;       }McqoZ%F  
  } #?OJ9pyG'  
}   *oby(D"p  
  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。 {8TLL @T4  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) iS p +~  
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。 R[C+?qux  
public class AudioMedia Kyf,<z F  
{ %^ bHQB%  
public void Play() FAkrM?0/  
{ / [s TN.MG  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); Y FJw<5&  
} oZD+AF$R  
}  hTEwp.  
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)。 pZ_zyI#wx_  
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: ; _ziRy  
public abstract class AudioMedia 3WVH8Sb  
{ Fy; sVB  
public abstract void Play(); ,Y:ET1:  
} fY4I(~Q  
~ u)} /  
public class MP3:AudioMedia W)_|jpd[  
{ Bj=lUn`T:  
public override void Play() = 9Ow!(!@  
{ i,H(6NL.  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); i/C`]1R/  
} }508wwv  
} \aN*x  
':>u*  
public class WAV:AudioMedia t3qPocYQ  
{ _%@dlT?  
public override void Play() AV>_ bw.  
{ |p .o^  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); [!~= m  
} !*?|*\B^I  
} ]c9\[Kdq}H  
x>cl$41!W  
public class MediaPlayer YE*%Y["  
{   HBdZE7.x)3  
  //根据需要完成任务的单向分派 CN{xh=2qY[  
public void Play(AudioMedia media) ,qT^e8E+  
{   &G|^{!p/G  
  media.Play(); .E:3I!dH7  
} gW5yLb_Vz$  
} u|mTF>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)。 VLfc6:Yg  
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。 t]CA!i`  
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:  [HEljEv  
public abstract class VideoMedia /E39Z*  
{ y}F;~H~P  
public abstract void Play(); ? K,d  
} ;!+-fn4C  
%lnVzGP  
public class RM:VideoMedia lR>p  
{ EKD?j  
public override void Play() 03/mB2|TF(  
{ \ xJ_ )r  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); 3;O4o]`  
} ;e"dxAUe!^  
} Tc.QzD\  
8345 H  
public class MPEG:VideoMedia T4nWK!}z  
{ 9+iz+  
public override void Play() .6=;{h4cpB  
{ 0clq}  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); UhKd o  
} d=p=eUd2  
} Nz77" kC  
dq{+-XaEk  
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。 7>E>`Nc6  
  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: GGs7]mhA  
Z[9t?ePL  
public interface IMedia ^OOoo2  
{ 3&!v"ms  
void Play(); Eq?U$eE  
} I/*^s  
SHYbQF2  
public abstract class AudioMedia:IMedia 6lPuYEmT  
{ p9E/#U8A_  
public abstract void Play(); wVq9t|V  
} 8 :;]tt  
;nx.:f  
public abstract class VideoMedia:IMedia bt};Pn{3  
{ SsEpuEn  
public abstract void Play(); ICEyz| C  
} D$AvD7_  
RW<10:  
这样再更改MediaPlayer类的代码: 4?fpk9c{2  
public class MediaPlayer Uc, J+j0F  
{   :Xs4C%H;  
public void Play(IMedia media) 4wN5x[vp  
{   AtUtE#K  
  media.Play(); m5o$Dus+?'  
} o-o -'0l  
}  sd"eu  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 gZ| !'  
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。 UcKVL zKs  
  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。 MH|F<$42  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) !|l7b2NEz-  
{ I)kc[/^j$  
IMedia media = null; kL F~^/  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) &ty-aB=F  
{ Lq62  
  case ("mp3"): qg/FI#r  
    media = new MP3(); *b_Iby-ZD  
    break; lCgzQZ  
        //其它类型略; yk'L_M(=  
  case ("rm"): sYfm]Faz  
    media = new RM(); Peo-t*-06  
    break;   L]%!YP\<T  
  //其它类型略; ORM3o ucP  
} |@~_&g  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); )Ii`/I^  
player.Play(media); fk9q3  
} -G~/ GO  
RU=\eD  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 nLOK1@,4  
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。 X`3_ yeQc  
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。  gnkeJ}K  
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 dI-  
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: eso-{W,D  
public interface IMediaFactory ($!uBF-b  
{ 7n o6  
IMedia CreateMedia(); $e2+O\.>  
} d!46`b$rd  
Io"3wL)2  
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: d >NO}MR  
public class MP3Factory:IMediaFactory d&AO 4^  
{ ^<Gxip  
public IMedia CreateMedia() A|4om=MO  
{ @lX%Fix9  
  return new MP3(); s)fahc(@E  
} Q@W!6]*\  
} HI{h>g T  
//其它工厂略; LEOri=?RF  
T*gG <8  
public class RMFactory:IMediaFactory (7N!Jvg9  
{ i=*H|)  
public IMedia CreateMedia() >tPf.xI|l  
{ "]uPke@  
  return new RM(); .vctuy&  
} G'u[0>  
} mr/?w0(C  
//其它工厂略; _VRxI4q  
*N4/M%1P  
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。 UmvnVmnv  
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: J<0d"'  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) )HC/J-  
{ ll1N`ke  
IMediaFactory factory = null; b !y  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) z5oJQPPi  
{ \NMqlxp2  
  //音频媒体 0%< hj  
  case ("mp3"): t)Cf]]dV  
    factory = new MP3Factory(); t#@z_Mn\  
    break; x/CM)!U)  
  //视频媒体 P 4t@BwU$  
case ("rm"): 6Q\|8a  
    factory = new RMFactory(); F\&{>&  
    break;   \+nV~Pi"A  
  //其他类型略; &tvtL  
} a] 7g\rg)  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); :aBxyS*}G  
player.Play(factory.CreateMedia()); ,}]v7DD  
} 1x=x,lcL  
7V8k =  
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。 ZgG~xl\My  
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: 9) ,|h  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) {aq)Y>o5:T  
{ ~c<8;,cjYR  
IMediaFactory factory = null; S5u$I  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) cfilH"EK  
{     :hs~;vn)  
  case ("mp3"): U]gUGD!5x  
    factory = new MP3Factory(); 7M4J{}9  
    break; 9PA<g3z  
    //其他类型略; akNqSZwj  
  case ("rm"): ^+CWo@.  
    factory = new RMFactory(); L%(NXSfu7  
    break;   Pzq^x]  
  //其他类型略; 9Q}g Vqn  
} I<CrEL<5}~  
IMedia media = factory.CreateMedia(); qPD(D{,f$  
media.Play(); .{c7 I!8  
} =]-z?O6^`  
qzJ<9H  
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。 jd-ccnR l  
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>i%sHH6  
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。 tuIZYp8tIN  
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: ,pI9=e@O/z  
ohq Thl  
<appSettings> $l"%o9ICG  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> Li} 5aK  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> hHmm(~5gR  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> R'`'q1=R  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> RZV6;=/  
</appSettings> *E/ Mf  
f$\ O:E=  
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: &K60n6q{aQ  
private void InitMediaType() ssx#|InY  
{ B7[d^Y60B  
cbbMediaType.Items.Clear(); & nXE?-J  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) -JF^`hBD-  
{ VqV[ @[P  
    cbbMediaType.Item.Add(key); aIFlNS,y  
} ih/E,B"  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; o ?vGI=  
} Q17dcgd  
 |@'O3KA  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: a{r"$>0  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) L?ht^ H  
{ yD7}  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); kMurNA=  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); O 7 aLW  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; ur8+k4] \"  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, ciN\SA ZY  
factoryDllName).Unwrap(); h#O9TB  
IMedia media = factory.CreateMedia(); |xcI~ X7Q  
media.Play(); X>=`l)ZR  
} p__wBUB  
ceE]^X;p  
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。 G2kU_  
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: M)+pH  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 ^_|kEvk0  
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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