《类设计的基本经验》课件

类设计的基本经验在设计和开发高质量的面向对象软件系统中,掌握类设计的基本经验是非常重要的。本部分将探讨设计可重用、可扩展和可维护的类的关键注意事项。M课程大纲1什么是类探讨类的概念及其在面向对象程序设计中的重要性。2类的组成了解类的属性和方法是如何构成类的基本结构。3封装和继承介绍面向对象的关键特性,如封装和继承。4多态深入探讨多态的定义及其在软件设计中的应用。什么是类类是面向对象编程中的基本概念之一。它是用来描述具有相同属性和方法的对象集合的抽象模型。每个类都有自己的数据成员和成员函数,可以用来定义对象的状态和行为。类是一种数据类型,可以用来创建多个相似的对象。它作为对象的蓝图或模板,为对象提供了一个共同的结构。类的组成属性类的属性是用来描述类对象状态的变量。它们定义了对象的特征，如名称、大小、颜色等。属性可以是公开的也可以是私有的。方法类的方法是用来定义类对象行为的函数。方法描述了对象可以执行的操作，如移动、旋转、改变状态等。方法可以访问和操纵对象的属性。构造函数构造函数是一种特殊的方法，用于在创建对象时初始化对象的属性。构造函数在创建对象时自动被调用。访问修饰符访问修饰符控制属性和方法的可见性和访问权限。常见的有public、private和protected。类的属性数据属性类中的数据属性用于存储与对象相关的信息。可以是基本数据类型、引用类型或自定义类型。状态属性属性可以表示对象当前的状态或条件。通过设置和读取这些属性可以控制对象的行为。可见性修饰符属性可以根据不同的访问权限设置为public、private或protected。这影响属性的可访问性。类的方法行为定义类的方法是用来定义对象的行为和功能。它描述了对象可以执行的操作。参数传递方法可以接受参数来执行特定的操作。参数可以是值、对象或引用。返回值方法可以返回计算结果或执行后的状态信息。返回值可以是基本数据类型或自定义对象。方法重载同一个类中可以定义多个同名方法,但参数列表不同,这就是方法重载。类的封装什么是类的封装类的封装是面向对象编程的一个基本原则,指的是将数据和行为包装在类中,并对外部隐藏实现细节,只提供对外的接口。这样可以提高代码的可复用性和可维护性。类的封装步骤确定类的属性和方法将属性设为私有,只允许通过公共方法访问设计良好的公共接口,隐藏内部实现细节封装的优点类的封装可以提高代码的安全性、可维护性和灵活性,让程序更加健壮可靠。封装的优点信息隐藏封装通过将对象的属性和方法隐藏起来,只向外界提供有限的接口,提高了代码的安全性和可维护性。代码复用通过封装,可以将常用的功能集成到类中,供其他程序重复使用,提高开发效率。接口稳定性封装确保了类的接口相对稳定,即使内部实现发生变化,也不会影响到使用该类的其他代码。数据抽象封装将复杂的事物抽象为简单的接口,便于客户端使用,降低了学习成本。继承继承是面向对象编程中的一个重要特性。通过继承,一个子类可以获得父类的属性和方法,从而避免重复编码,提高代码的复用性。子类可以在继承的基础上添加新的功能或覆盖父类的方法,实现对父类的扩展和重定义。合理使用继承可以提高代码的可维护性和扩展性,但是也要注意不能滥用继承,否则会造成代码的耦合度过高,影响系统的灵活性。继承的实现1父类定义定义一个基类作为父类2子类扩展子类继承父类的属性和方法3复用功能子类可以重用父类的功能，并添加自己的实现4多层继承子类可以继承父类，父类也可以继承更上层的父类继承是一种面向对象编程的基本特性,允许创建基于现有类的新类。子类可以复用父类的属性和方法,并在此基础上添加自己的实现。继承支持多层级的层次结构,形成一个继承体系。这种代码复用机制大大提高了软件开发的效率。继承的类型1单一继承一个类只能继承自一个父类，拥有父类的所有属性和方法。这是最基本的继承形式。2多重继承一个类可以继承自多个父类，获得所有父类的特性。但这种形式较复杂，可能会产生冲突。3多级继承一个类可以继承自另一个类，而这个类又继承自另一个类，形成继承链。4混合继承结合了单一继承和多重继承的特点，既有单一父类又有多个父类。这种方式更灵活。多态多态是面向对象程序设计中一种重要的概念。它允许不同对象对同一个消息作出不同的响应,从而实现同一接口有不同的实现方式。多态有多种常见的实现方式,如方法重写、接口实现等,可以提高代码的灵活性和可扩展性。多态的实现1虚函数使用虚函数实现多态2动态绑定运行时根据对象类型决定调用哪个方法实现3基类指针通过基类指针访问派生类对象的具体实现多态的实现依赖于虚函数的动态绑定机制。通过将方法声明为虚函数,可以在运行时根据对象的实际类型决定调用哪个具体实现。基类指针可以指向不同类型的派生类对象,从而实现对这些对象的统一操作。多态的应用代码重用多态允许我们编写更加通用和可重用的代码,因为同一个方法可以处理不同类型的对象。这提高了代码的灵活性和可维护性。动态绑定多态支持动态绑定,在运行时决定调用哪个方法。这使得代码更加灵活,能够适应新的需求和变化。代码简化使用多态,我们可以编写更加简洁的代码,避免使用复杂的条件语句或类型检查。这提高了代码的可读性和可维护性。类的设计原则单一职责原则每个类都应该只负责一个单一的功能或职责，避免一个类承担过多的职责。这可以提高类的内聚性和可维护性。开放/封闭原则类应该对扩展开放,对修改封闭。通过抽象和接口,可以实现这一原则,增强系统的灵活性。里氏替换原则子类应该能够替换掉父类,不应该破坏程序的正确性。这是继承设计的关键,确保继承关系的正确性。依赖倒置原则高层模块不应该依赖于底层模块,双方都应该依赖于抽象。这有助于降低耦合度,提高灵活性。单一职责原则聚焦单一职责一个类应该仅有一个引起它变化的原因。确保一个类只负责一个具体的职责和功能。提高代码可读性遵循单一职责原则可以使代码更加简洁明了，提高可维护性和可测试性。增强灵活性每个类都专注于自己的职责，可以更容易地独立修改和扩展，提高整个系统的灵活性。开放/封闭原则模块开放该原则要求系统模块对扩展开放,可以轻松地增加新的功能。同时对修改封闭,避免对现有功能产生影响。依赖抽象模块间的依赖关系应该建立在抽象层面上,而不是具体实现上,这样可以降低耦合度。迭代升级系统应该能够通过增量的方式进行功能升级和迭代,而不会影响整个系统的稳定性。里氏替换原则定义里氏替换原则要求我们在使用继承时，子类对象必须能够替换掉父类对象，且不会破坏程序的正确性。目标促使设计人员在设计继承关系时更加谨慎和周到,确保子类可以无缝地替换父类。应用在设计时应该关注父类和子类的行为一致性,确保子类不会改变父类的语义。好处遵循里氏替换原则可以提高代码的复用性和可维护性,降低耦合度。依赖倒置原则避免高层模块依赖低层模块依赖倒置原则指高层模块不应该依赖低层模块的具体实现,而是应该依赖抽象。这样可以降低耦合度,提高代码的灵活性和可扩展性。面向抽象编程根据依赖倒置原则,我们应该面向接口编程,而不是面向具体实现。这样可以降低依赖,提高代码的可维护性。低层模块依赖于高层模块依赖倒置原则的核心思想是,低层模块应该依赖于高层模块提供的抽象接口,而不应该依赖于高层模块的具体实现。接口隔离原则1需求变化隔离接口隔离原则要求类不应该依赖它不需要的接口，这样可以将需求变化的影响隔离在最小范围内。2单一职责每个接口应该只提供单一职责的功能，避免将多种功能混杂在同一个接口中。3接口细化将臃肿的接口细化为更小更专门的接口，可以提高系统的灵活性和可维护性。类设计的要点高内聚低耦合类内部功能紧密相关，外部依赖最小化，提高代码的可维护性。合理使用继承遵循里氏替换原则，仅在满足"is-a"关系时使用继承，避免过度设计。恰当使用多态合理应用多态特性，提高代码的灵活性和扩展性。合理使用接口通过接口隔离原则，实现模块间低耦合，提高代码的灵活性。高内聚低耦合内聚性强高内聚意味着类中的方法和属性高度相关,功能清晰,职责明确。这样可以提高代码的可读性和维护性。耦合度低低耦合意味着类与类之间的依赖关系较少,变更一个类不会对其他类造成太大影响。这样可以提高代码的灵活性和可重用性。优点高内聚低耦合的设计可以降低代码复杂度,提高代码质量,增强系统的可扩展性和可维护性。合理使用继承清晰的继承关系在设计类时,要清楚地定义好类之间的继承关系,避免过于复杂或混乱的继承层次。代码复用合理使用继承可以重用已有的代码,提高编码效率和可维护性。灵活的方法覆盖子类可以根据需要覆盖父类的方法,实现特定的功能需求。恰当使用多态灵活性和扩展性多态允许对象以不同的方式表现相同的行为。这为代码带来了极大的灵活性和扩展性,使得程序更易于维护和升级。解耦和可复用合理使用多态可以降低类之间的耦合度,提高代码的可复用性。这有助于实现代码的模块化和高内聚。提高可读性通过多态,代码变得更加简洁明了,可读性和可维护性大大提高。程序员可以专注于抽象的接口,而不必关注具体实现。提高性能合理使用多态可以优化代码执行效率,减少冗余和重复代码,从而提高程序的整体性能。合理使用接口定义清晰的接口制定接口时应该明确定义每个方法的输入输出、功能及使用场景,使接口的设计更加合理和易用。遵守接口隔离原则接口应该尽可能细化和单一,避免包含太多不相关的方法,降低客户端的依赖。选择合适的实现根据具体需求选择适当的接口实现方式,如适配器模式、桥接模式等,提高代码的灵活性和可维护性。遵循设计原则单一职责原则每个类应该只负责一个特定的功能,尽量避免过于复杂和庞大的类。开放/封闭原则类应该对扩展开放,但对修改关闭,以提高代码的灵活性和可维护性。里氏替换原则子类应该可以完全替代父类,不会破坏程序的正确性。依赖倒置原则高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖抽象,抽象不应该依赖细节。案例分析我们将通过一个案例分析，深入探讨如何应用类设计的基本经验。我们将详细分析一个常见的场景-银行账户管理系统的设计。我们将展示如何运用继承、多态、设计原则等概念，创建一个灵活、可扩展的类结构。总结回顾课程概览回顾本课程涵盖的类设计基础知识,包括类的组成、封装、继承和多态等核心概念。设计原则