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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) Y&O2;q/B  
~r8<|$;  
有了思想才能飞翔,缺乏灵活就象少了轮子的汽车,难以飞奔。为了更好的理解设计思想,结合一个尽可能简洁的实例来说明OOD、设计模式及重构。通过下面的代码,详细地阐述面向对象设计思想。 qq&U)-`  
一、传统过程化设计思想 H@xS<=:lM  
假定我们要设计一个媒体播放器(只从软件设计的角度,不涉及硬件)。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。按照结构化设计思想,设计出来的播放器的代码如下: 4y7_P0}:B  
public class MediaPlayer -]zb3P  
{   "*t6KXVaM  
private void PlayMp3() a,RCK~GR  
{ A[;deHg=  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file.");  MYy58N  
} vQi=13Pw  
N?vb^?  
private void PlayWav() e c]kt'  
{ ;i6~iLY  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); \M\7k5$  
} [C6ba{9 B  
B1nm?E 0i  
public void Play(string audioType) 0!dNW,NfJ  
{   P1LOj  
  switch (audioType.ToLower()) -\?-  
  { xWzybuLp  
    case ("mp3"): m- <y|3  
    PlayMp3(); wX]$xZ!s  
    break; [d[w/@  
    case ("wav"): g-d{"ZXd J  
    PlayWav(); 96V8R<   
    break;       aH_c84DS  
  }   :\"0jQ.y|  
} )f:i4.M  
} 2\1+M)  
从传统的过程化设计思想来看,这是一段既实用又简洁的代码。 /&#y-D_  
如果,客户又提出新的要求:要播放器不仅仅播放mp3和wav文件,还要播放其他音频文件如wma、mp4等,为此我们要不断地增加相应地播放方法和修改条件语句,直止条件语句足够长。 @L!^2v  
如果,客户感到这个媒体播放器功能太少了,只能闻其声,不能见其人,太单一。如果在听着优美音乐的同时又能看到歌唱者潇洒、英俊的舞姿那就更好了。从代码设计的角度看,他们希望媒体播放器支持视频文件了。也许你会想,不会再增加视频这方面的代码,可以,在增加视频媒体的播放方法,在修改条件判断语句,如果还有其他,还可以同样地增加、修改。到此你也许会提出,要是不修改或很少修改原来的代码就能增添其他功能该多好啊! `~u=[}w  
这样看,原来的软件设计结构似乎有点问题。事实上,随着功能的不断增加,你越来越发现这个设计非常的糟糕,因为它根本没有为未来的需求变更提供最起码的扩展。为了应接不暇的变更需求,你不得不不厌其烦地修改原来的代码,使其适应需求变化,甚至在修改代码时,由于过多的代码依赖关系弄得人焦头烂额,直止一塌糊涂。 ;(`bP  
二、面向对象设计思想 m1%rm-M  
还是以设计一个媒体播放器为例,设计要求相同。不访我们换个设计思路利用面向对象设计思想(OOD)来做做看如何! Yt(FSb31H  
根据OOD的思想,我们应该把mp3和wav分别看作是两个独立的对象。代码设计如下: K)Lo Z^x0)  
public class MP3 3i!a\N4 K  
{ (cLKhn@  
public void Play() &]n }fq  
{ t(*n[7e  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); ch0^g8@Q[  
} X#$ oV#  
} %(eQ1ir+  
"crR{OjE"  
public class WAV ,#ZPg_x?1  
{ 0@ "'SKq  
public void Play() 'xqyG XI  
{ +S(# 7  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); Zwc&4:5%  
} `Uz.9_6  
} wz:e\ !  
d5gwc5X  
Public class MediaPlayer o-RZwufZ`  
{ "t4z)j;  
  switch (audioType.ToLower()) La1:WYt  
  { qK%N{ro[{?  
    case ("mp3"): xQvI$vP  
        MP3 m = new MP3(); G=17]>U  
    m.Play(); [l5jPL}6  
    break; >]~581fYf  
    case ("wav"):  : Z<\R0  
    WAV w = new WAV(); 1sj7]G]`k  
w.Play(); x&;AY  
    break;       $mGzJ4&  
  } VX.LL 5  
}   j "<?9/r  
  现在我们重构代码,建立统一的Play()方法,(在后面的设计中,你会发现这样改名是多么的重要!)更改媒体播放类MediaPlayer的代码。如果这样的设计代码,实质上没有多大的变化,只是对原来过程化设计思想的一种替代,并没有击中要害,亦然没有灵活性、可扩展性。 &EV%g6  
  2.1单向分派技术的应用(在这里用类的多态来实现的) WS n>P7sY  
我们不访这样设想:既然mp3和wav都属于音频文件,都具有音频文件的共性,应该建立一个共同的AudioMedia父类。 1i z =i^}  
public class AudioMedia ^aAs=KditO  
{ fW2NYQP$:  
public void Play() > "F-1{  
{ g3kbsi7_:  
  MessageBox.Show("Play the AudioMedia file."); /(s |'"6  
} Q"FN"uQ}x  
} -"nkC  
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)。  mU4(MjP?  
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: c.]QIIdK  
public abstract class AudioMedia A2ye ^<-C.  
{ BGibBF^  
public abstract void Play(); ck] I?  
} C%yH}T\s  
As)?~dV  
public class MP3:AudioMedia ,byc!P  
{ 75Z|meG~  
public override void Play() F(`|-E"E;  
{ np^&cY]  
  MessageBox.Show("Play the mp3 file."); +&G(AW  
} ENhLonM eV  
} *$0*5d7  
n}Z%D-b$  
public class WAV:AudioMedia Lf%3-P  
{ n^[a}DX0  
public override void Play() a%`Yz"<lQ  
{ $jh$nMx)!  
  MessageBox.Show("Play the wav file."); ^ou)c/68aQ  
} 9)t b=  
} ?+hEs =Xs  
|k6+- 1~_  
public class MediaPlayer g$GGo[_0  
{   Iz+%wAZ|B6  
  //根据需要完成任务的单向分派 ^oPFLez56  
public void Play(AudioMedia media) _=I1  
{   O"~[njwkE  
  media.Play(); MS""-zn<  
} %^lD  
} tdRvg7v,N%  
到此,我们通过单向分派技术使OOD思想得到进一步的体现。现在的设计,即满足了类之间的层次关系,又保证了类的最小化原则,同时又体现了面向对象设计原则(开—闭原则、里氏代换原则)更利于扩展。(止此,你会发现play方法名的更改是多么必要)。 L3I$ K+c  
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。 %l&oRBC  
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: k5-4^  
public abstract class VideoMedia JR `$t~0t  
{ dnD@BQ  
public abstract void Play(); >A{Dpsi\  
}  Q(w;  
QTa\&v[f  
public class RM:VideoMedia B;[ .u>f  
{ [G8EX3  
public override void Play() } F{s\qUt  
{ Ox J0. "  
  MessageBox.Show("Play the rm file."); m@kLZimD  
} 6inAnC@I  
} >C_G~R  
.\$A7DD+A  
public class MPEG:VideoMedia b(N\R_IQ~  
{ E}9wzPs  
public override void Play() CJN~p]\  
{ _(J#RH  
  MessageBox.Show("Play the mpeg file."); Y({ R\W|  
} %( 7##f_  
} )I*(yUj  
Ld.9.d]  
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。 nQV0I"f]?]  
  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: $>#0RzU  
xRc+3Z= N  
public interface IMedia !o`7$`%Wz\  
{ /Yi4j,8!|  
void Play(); |1CX?8)b=  
} tm5{h{AM  
rVP\F{Q4Tr  
public abstract class AudioMedia:IMedia '9u?lA^9$  
{ _(g0$vRP~  
public abstract void Play(); \}h   
} }h Wv  p  
&u&WP  
public abstract class VideoMedia:IMedia +r"}@8/\1  
{ Szt2 "AR  
public abstract void Play(); $$ *tK8#  
} ^=^\=9" b  
Z#@  
这样再更改MediaPlayer类的代码: `oNJ=,p  
public class MediaPlayer %bTuE' `b  
{   4Lg ,J9  
public void Play(IMedia media) h%F.h![*  
{   /v9qrZ$$  
  media.Play(); } .045 Wuu  
} sm'_0EUg  
} =$4I}2  
  现在看来,程序是不是有很大的灵活性和可扩展性了。 f@YdL6&d-  
总结一下,从MediaPlayer类的演变,我们可以得出这样一个结论:在调用类对象的属性和方法时,尽量避免将具体类对象作为传递参数,而应传递其抽象对象,更好地是传递接口,将实际的调用和具体对象完全剥离开,这样可以很好地体现了软件工程的灵活性、扩展性。 BhDg\oxZ  
  现在看起来似乎很完美了,但我们忽略了MediaPlayer的调用者这个事实。仍然需要条件语句来实现。例如,在客户端程序代码中,用户通过选择cbbMediaType组合框的选项,决定播放音频媒体还是视频媒体,然后单击Play按钮执行。 A'`F Rx(  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) =| T^)J  
{ Az y`4  
IMedia media = null; P]n0L4c  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) !y XGAg,  
{ ,u>LAo0  
  case ("mp3"): s i2@k  
    media = new MP3(); 3);P !W4>  
    break; "|I.j)  
        //其它类型略; t[+bZUS$~  
  case ("rm"): 2F*>&n&Db7  
    media = new RM(); zx<PX  
    break;    ^cw9Yjh6  
  //其它类型略; Ojz'p5d`>  
} 3m75mny  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); vrb@::sy0T  
player.Play(media); 1_S]t[?I/  
} nZnqXclzxn  
c=+%][21  
2.2设计模式、条件外置及反射技术的应用 ;MNUT,U  
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。 hNh!H<}|m8  
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。 D+:s{IcL<  
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。 wG MhKZE  
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: qvu1u GCc  
public interface IMediaFactory mvH8hvD9  
{ ?3K~4-!? /  
IMedia CreateMedia();  'V^M+ng  
} tf7HhOCYX  
\E,2VM@6  
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: \&+Y;:6  
public class MP3Factory:IMediaFactory }*rSg .  
{ IrZ\;!NK  
public IMedia CreateMedia() <QvVPE}z   
{ RuYIG?J=/  
  return new MP3(); }Fu1Y@M%  
} Kd 1=mC  
} 3'x>$5 W  
//其它工厂略; u-&V, *3l  
@"NP`#  
public class RMFactory:IMediaFactory pLe4dz WA  
{ D~ 3@v+d  
public IMedia CreateMedia() eE'>kP}  
{ r e zp7  
  return new RM(); [;IEZ/ZX  
} Nb:j]U  
} nG3SDL#(k  
//其它工厂略; n\D/WLvM  
B|a<=~  
写到这里,也许有人会问,为什么不直接给AudioMedia和VideoMedia类搭建工厂呢?很简单,因为在AudioMedia和VideoMedia中,分别还有不同的类型派生,如果为它们搭建工厂,则在CreateMedia()方法中,仍然要使用条件判断语句,代码缺乏灵活性,不利扩展。 VD&wO'U  
还有一个问题,就是真的有必要实现AudioMedia和VideoMedia两个抽象类吗?让其子类直接实现接口不是更简单?对于本文提到的需求,是能实现的。但不排除AudioMedia和VideoMedia它们还会存在其他区别,如音频文件还需给声卡提供接口,而视频文件还需给显卡提供接口。如果让MP3、WAV、RM、MPEG直接实现IMedia接口,而不通过AudioMedia和VideoMedia,在满足其它需求的设计上也是不合理的。现在客户端程序代码发生了稍许的改变: @yb'h`f]  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) M2ex 3m  
{ ?bM%#x{e  
IMediaFactory factory = null; Uf+y$n-  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) : 8>zo  
{ I2HV{1(i  
  //音频媒体 i/-IjgM"-  
  case ("mp3"): E8Kk )7  
    factory = new MP3Factory(); Hy :x.'i  
    break; cO{NiRIb  
  //视频媒体 > "rM\ Q  
case ("rm"): %[KnpJ{\  
    factory = new RMFactory(); nI?*[y}  
    break;   j?*n@'   
  //其他类型略; `:7r5}(^  
} W=A0+t%XC  
MediaPlayer player = new MediaPlayer(); e@V J-s  
player.Play(factory.CreateMedia()); X=-=z5  
} 2~/`L=L  
{M:/HQo  
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。 }iDRlE,  
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: C ibfuR  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) H0inU+Ih  
{ =7TWzUCO#  
IMediaFactory factory = null; >WZ%Pv *  
switch (cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower()) (BtU\f#d  
{     Pq<43:*?  
  case ("mp3"): -w2^26 ax  
    factory = new MP3Factory(); {J1rjrPo  
    break;  "2%R?  
    //其他类型略; l opl  
  case ("rm"): g zi=+oJ|4  
    factory = new RMFactory(); lwt,w<E$  
    break;   I`XOvSO  
  //其他类型略; -"ZNkC =  
} j%3 $ytf|p  
IMedia media = factory.CreateMedia(); `f}ZAX  
media.Play(); 32+N?[9 *  
} H#GR*4x  
r)>'cjx/  
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。 SE(<(w  
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。 *-]k([wV  
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。 i| cA)  
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: = .S2gO >  
%LC)sSq{H  
<appSettings> 4N= , 9  
<add key="mp3" value="MediaLibrary.MP3Factory" /> U7fpaxc-  
<add key="wav" value=" MediaLibrary.WAVFactory" /> v,ecNuy*d  
<add key="rm" value=" MediaLibrary.RMFactory" /> @>U9CL"  
<add key="mpeg" value=" MediaLibrary.MPEGFactory" /> |mG;?>c)  
</appSettings> 2&'uO'K  
,[p?u']yZz  
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: rkS'OC  
private void InitMediaType() +Q_xY>ej  
{ 0e"KdsA:<U  
cbbMediaType.Items.Clear(); U[;ECw@  
foreach (string key in ConfigurationSettings.AppSettings.AllKeys) ;(,GS@sP  
{ TuCHD~rb  
    cbbMediaType.Item.Add(key); 1 c"s+k]9  
} o/ \o -kC}  
cbbMediaType.SelectedIndex = 0; `::j\3B&Y-  
} Us "G X_  
#q34>}O< O  
最后,更改客户端程序的Play按钮单击事件: 6 T~+vT  
Public void BtnPlay_Click(object sender,EventArgs e) 1*9Yy~w  
{ `4@` G:6BL  
string mediaType = cbbMediaType.SelectItem.ToString().ToLower(); :, H_ e! X  
string factoryDllName = ConfigurationSettings.AppSettings[mediaType].ToString(); |U1u:=[  
//MediaLibray为引用的媒体文件及工厂的程序集; BSy4 d>  
IMediaFactory factory = (IMediaFactory)Activator.CreateInstance(“MediaLibrary”, NY?iuWa*g  
factoryDllName).Unwrap(); /Tl ybSC1  
IMedia media = factory.CreateMedia(); o>]w76A^(  
media.Play();  ]igCV  
} "e\73?P  
P >0S ZP  
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。 `m AYK)N  
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: .-s!} P"  
<add key="AVI" value="MediaLiabrary.AVIFactory" />。 Jp)PKS ![  
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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