工学4java面向对象设计课件

1、Java面向对象设计思想计算机学院通信软件工程中心张艳梅 1第1页，共21页。本章主要内容:1、一切皆对象一切皆对象。程序由对象构成。对象由更小的对象构成。每个对象有其职责。对象职责通过它的下属对象的职责实现和下属对象互相协作来实现。2、从实例体会OOP开始使用对象继承的好处接口可是个利器2第2页，共21页。1、一切皆对象对象：是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划和事件。对象具有状态，一个对象用数值来描述它的状态。对象具体操作，用来改变对象的状态，操作就是对象的行为。对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封闭于

2、对象的统一体中。3第3页，共21页。1.1 一切皆对象理论上讲，可从要解决的问题身上提出所有概念性的组件，然后在程序中将其表达为一个对象。 当我们进行面向对象的程序设计时，面临的最大一项挑战性就是，如何把问题描述转化为对象架构。 4第4页，共21页。1.2 程序由对象构成程序是一大堆对象的组合。例：Light lt = new Light();通过消息传递，各对象知道自己该做些什么。例：lt.on();lt.off();lt.brighten();lt.dim();为了向对象发出请求，需向那个对象“发送一条消息”。更具体地讲，可将消息想象为一个调用请求，它调用的是从属于目标对象的一个子例程或函

3、数。 使用一些预先定义好的类时，我们在程序里采用的代码是非常简单和直观的。 5第5页，共21页。1.3 对象由更小的对象构成（1）许多人认为代码重用是面向对象程序设计提供的最伟大的一种杠杆。为重复使用一个类，最简单的办法是直接使用那个类的对象。但同时也能将那个类的一个对象置入一个新类。我们把这叫作“创建一个成员对象”。新类可由任意数量和类的其他对象构成。这个概念叫作“组合”（也叫“包含”）在现有类的基础上组织一个新类。所以，尽管对象的概念非常简单，但在程序中却可达到任意高的复杂程度。6第6页，共21页。1.3 对象由更小的对象构成（2）对象的组合具有极大的灵活性。新类的“成员对象”通常设为“私

4、有”（Private），这样我们可在不干扰客户代码的前提下，从容地修改那些成员。也可以在“运行期”更改成员，这进一步增大了灵活性。由于继承的重要性，所以在面向对象的程序设计中，它经常被重点强调。作为新加入这一领域的程序员，或许早已先入为主地认为“继承应当随处可见”。沿这种思路产生的设计将是非常笨拙的，会大大增加程序的复杂程度。相反，新建类的时候，首先应考虑“组合”对象；这样做显得更加简单和灵活。利用对象的组织，我们的设计可保持清爽。7第7页，共21页。1.4 每个对象都有其职责（1）“接口”（Interface）规定了可对一个特定的对象发出哪些请求。然而，必须在某个地方存在着一些代码，以便满足

5、这些请求。这些代码与那些隐藏起来的数据便叫作“隐藏的实现”。对象的职责就是决定如何对这条消息作出反应（执行相应的代码）。每个对象都有一种模版。类：具体相同或相似性质的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化是对象，也可说实例是对象。类具体属性和操作。8第8页，共21页。1.4 每个对象都有其职责（2）一个类最重要的特征就是“能将什么消息发给它？”。 Java 采用三个显式关键字以及一个隐式关键字来设置类边界：public，private，protected 以及暗示性的friendly。若未明确指定其他关键字，则默认为后者。这些关键字的使用和含义都是相当直观的，它们决定了谁能使用后续

6、的定义内容。 9第9页，共21页。1.5 对象职责由下属对象协作实现（1）我们费尽心思做出一种类后，假如不得不又新建一种类，令其实现大致相同的功能，那会是一件非常令人灰心的事情。但若能利用现成的类，对其进行“克隆”，再根据情况进行添加和修改，情况就显得理想多了。“继承”正是针对这个目标而设计的。但继承并不完全等价于克隆。 10第10页，共21页。1.5 对象职责由下属对象协作实现（2）有两种做法可将新得的衍生类与原来的基础类区分开。第一种做法：为衍生类添加新函数（功能）。一般都是意识到基础类不能满足我们的要求。新类“类似”原类第二个办法是改变基础类一个现有函数的行为。我们将其称作“改善”那个函

7、数。只需为衍生类的函数建立一个新定义即可。我们的目标是：“尽管使用的函数接口未变，但它的新版本具有不同的表现”。新类“等价”原类11第11页，共21页。1.5 对象职责由下属对象协作实现（3）由于类为“圆”（Circle）的一个对象也属于类为“形状”（Shape）的一个对象，所以一个圆完全能接收形状消息。这意味着可让程序代码统一指挥“形状”，令其自动控制所有符合“形状”描述的对象，其中自然包括“圆”。这一特性称为对象的“可替换性”，是OOP 最重要的概念之一。 若通过继承增添了一种新类，如“三角形”，那么我们为“形状”编写的代码不用改变。所以说程序具备了“扩展能力” 。 12第12页，共21页

8、。2、从实例理解面向对象设计思想假定我们要设计一个媒体播放器。该媒体播放器目前只支持音频文件mp3和wav。初步设计出来的播放器可能很简单： public class MediaPlayer private void playMp3() System.out.println(Play the mp3 file.); private void playWav() System.out.println(Play the wav file.); public void play(string audioType) switch (audioType.ToLower() case (mp3): pla

9、yMp3(); break; case (wav): playWav(); break; 13第13页，共21页。2、需求变更促使我们改善自然，你会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。当你为应接不暇的需求变更而焦头烂额的时候，你可能更希望让这份设计到它应该去的地方，就是桌面的回收站。 仔细分析这段代码，它其实是一种最古老的面向结构的设计。如果你要播放的不仅仅是mp3和wav,你会不断地增加相应地播放方法，然后让switch子句越来越长，直至达到你视线看不到的地步。好吧，我们先来体验对象的精神。根据OOP的思想，我们应该把mp3和wav看作是一个独立的对象。那

10、么是这样吗？14第14页，共21页。2、建立对象，统一接口public class MP3 public void play() System.out.println(Play the mp3 file.); public class WAV public void play()System.out.println(Play the wav file.); 你已经知道怎么建立对象了。更可喜的是，你在不知不觉中应用了重构的方法，把原来那个垃圾设计中的方法名字改为了统一的play()方法。但似乎你并没有击中要害，以现在的方式去更改MediaPlayer的代码，实质并没有多大的变化。15第15页，共

11、21页。2、引入继承，为了？既然mp3和wav都属于音频文件，他们都具有音频文件的共性，为什么不为它们建立一个共同的父类呢？ public class AudioMedia public void play() System.out.println(Play the AudioMedia file.); 现在我们引入了继承的思想，OOP也算是象模象样了。得意之余，再认真分析下，其实在现实生活中，我们播放的只会是某种具体类型的音频文件，因此这个AudioMedia类并没有实际使用的情况。对应在设计中，就是：这个类永远不会被实例化。所以，还得动一下手术，将其改为抽象类。16第16页，共21页。2、

12、出现类层次（继承+组合）好了，现在的代码有点OOP的感觉了： public abstract class AudioMedia public abstract void play(); public class MP3 extends AudioMedia public void Play() System.out.println(Play the mp3 file.); public class WAV extends AudioMedia public void Play() System.out.println(Play the wav file.); public class Medi

13、aPlayer public void play(AudioMedia media) media.play(); 17第17页，共21页。2、无止境的发展看看现在的设计，保证了类的最小化原则，更利于扩展（到这里，你会发现play方法名改得多有必要）。 即使你现在又增加了对WMA文件的播放，只需要设计WMA类，并继承AudioMedia，重写play方法就可以了，MediaPlayer类对象的play方法根本不用改变。是不是到此就该画上圆满的句号呢？然后刁钻的客户是永远不会满足的，他们希望你的媒体播放器能够支持视频文件。你又该痛苦了，因为视频文件和音频文件有很多不同的地方，你可不能偷懒，让视频文

14、件对象认音频文件作父亲啊。你需要为视频文件设计另外的类对象了，假设我们支持RM和MPEG格式的视频：18第18页，共21页。2、追加一个继承层次public abstract class VideoMedia public abstract void Play(); public class RM extends VideoMedia public void Play() System.out.println(Play the rm file.); public class MPEG extends VideoMedia public void Play() System.out.printl

15、n(Play the mpeg file.); 糟糕的是，你不能一劳永逸地享受原有的MediaPlayer类了。因为你要播放的RM文件并不是AudioMedia的子类。19第19页，共21页。2、接口可是个利器不过不用着急，因为接口这个利器你还没有用上。虽然视频和音频格式不同，别忘了，他们都是媒体中的一种，很多时候，他们有许多相似的功能，比如播放。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：public interface IMedia abstract void play(); public abstract class AudioMedia implements IMedia public abstract void play(); public abstract class VideoMedia implements IMedia public abstract void play(); 再更改一下MediaPlayer的设计就OK了： public class MediaPlayer public void play(IMedia media) media.play(); 20第20页，共21页。2、总结，思考从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