《类和对象的设计》课件

类和对象的设计面向对象编程的核心概念对象封装了数据和行为课程大纲类和对象概述介绍类和对象的基本概念，解释它们在面向对象编程中的重要性。类的定义和特点深入探讨类的定义方式、属性和方法，以及封装的概念。对象创建与操作学习如何创建对象、访问成员变量和调用成员函数。继承与多态解释继承和多态的机制，以及它们在代码复用和扩展性方面的优势。什么是类和对象类和对象是面向对象编程中的两个核心概念，是软件开发中的基本单元。类是抽象的模板，定义了对象的属性和行为，而对象则是类的具体实例。类的定义和特点类定义类是对象的蓝图，它定义了对象应该具有的属性和方法。类的特点类是抽象的，它描述了对象应该具有的特征和行为，而不是具体的实例。类的结构类通常包括成员变量和成员函数，用于描述对象的属性和行为。对象的概念和特点实际存在对象是现实世界中事物的抽象，例如学生、书籍、汽车等。数据和操作每个对象都包含数据（属性）和操作（方法）唯一标识每个对象都有唯一的标识，可以区分不同的对象。状态和行为对象的状态由其属性值决定，行为由其方法实现。类的创建和实例化类是对象的模板，定义了对象的行为和属性。通过实例化类，我们可以创建实际的对象。实例化过程包括创建对象的内存空间，并为其成员变量分配内存。1定义类使用关键字class来定义类，并指定类名。2创建对象使用类名来创建对象，并用等号赋值。3访问成员通过对象名访问成员变量和成员函数。实例化过程需要明确指定类名和对象名，以便程序能够正确创建对象并管理内存空间。成员变量和成员函数11.成员变量成员变量是类中定义的变量，用于存储对象的状态。它们通常是私有的，只能通过类的方法访问。22.成员函数成员函数是类中定义的函数，它们用于操作对象的状态。它们通常是公有的，可以从类的外部访问。33.作用成员变量和成员函数共同定义了类的行为和状态，是类最重要的组成部分。44.举例例如，一个汽车类可以包含成员变量，如品牌、颜色和速度，以及成员函数，如加速、刹车和转向。访问修饰符公共访问使用public关键字。任何类或对象都可以访问。私有访问使用private关键字。只能在当前类中访问。受保护访问使用protected关键字。当前类以及子类可以访问。默认访问不使用任何关键字。仅在同一个包中访问。构造函数与析构函数1构造函数对象创建时自动调用，初始化成员变量。2析构函数对象销毁时自动调用，释放资源。3构造函数重载多个构造函数，提供不同的初始化方式。4析构函数特点不能被重载，只能有一个。封装与信息隐藏封装的意义封装将数据和操作数据的方法结合在一起，提高代码的可维护性和可重用性。隐藏内部实现细节，只暴露必要接口，使代码更容易理解和修改。信息隐藏的作用信息隐藏可以保护数据安全，防止外部代码恶意访问或修改。它可以提高代码的可靠性和稳定性，避免错误的传播。继承的概念与特点代码复用继承允许创建新的类，继承现有类的属性和方法，无需重复编写代码。层次结构继承建立了类之间的层次关系，更清晰地描述了对象之间的关系。多态性子类可以重写父类的方法，实现不同的行为，增强代码灵活性。单继承和多继承单继承一个子类只继承自一个父类。这是一种简单的继承方式，易于理解和实现。多继承一个子类可以继承自多个父类。它允许子类继承来自多个父类的特性，但可能导致复杂性增加。选择继承类型选择单继承或多继承取决于具体的设计需求，要权衡复杂性和代码可读性。重写和重载方法重写子类重写父类的方法，实现不同功能。方法重载同一个类中，方法名相同，参数列表不同。多态性11.统一接口不同类型的对象，通过同一个接口，实现不同的功能。22.代码复用使用同一个代码块，处理不同类型的对象。33.代码简洁减少代码冗余，提高代码可读性。44.灵活扩展通过添加新类，扩展功能，无需修改已有代码。抽象类和接口抽象类抽象类不能被实例化，它们是用来定义通用的方法和属性，供子类继承和实现。接口接口定义了一组方法，但不实现它们，供实现接口的类来实现。继承与实现抽象类用于继承，接口用于实现，它们是面向对象编程中的重要概念。内部类和匿名类内部类内部类定义在另一个类内部，可以访问外部类的成员变量和方法。匿名类匿名类没有显式名称，常用于简化代码，例如作为回调函数使用。优势内部类和匿名类增强代码封装性和可读性，简化代码结构。应用场景在需要访问外部类成员或简化代码时使用内部类和匿名类。总结类与对象的重要性代码重用性类和对象促进代码重用，减少重复代码，提高开发效率。例如，创建“汽车”类后，可以创建多个汽车对象，无需重复编写代码。程序结构清晰类和对象使程序结构清晰，易于理解和维护。将代码组织成类和对象，有利于程序的可读性和可扩展性。提高代码可维护性类和对象可以将复杂问题分解成更小的模块，便于修改和调试。通过修改类或对象的行为，可以轻松地调整程序的功能。实践案例一：银行账户1账户创建创建一个新的银行账户，包括账号、密码、姓名、地址等信息。2存款与取款用户可以通过ATM机、网上银行或手机银行进行存款和取款操作。3转账用户可以将资金转账到其他账户，如朋友、家人或商户。4查询余额用户可以通过ATM机、网上银行或手机银行查询账户余额。实践案例二：图形界面用户界面设计设计用户界面布局，包括按钮、文本框、下拉菜单等元素。事件处理编写代码以响应用户操作，例如按钮点击、文本输入等。数据显示使用类和对象来存储和管理数据，并在界面上显示。界面更新根据用户操作或数据变化，更新界面内容。实践案例三：学生管理系统1学生信息维护添加、删除、修改学生信息2成绩管理录入、查询、统计成绩3课程管理添加、删除、修改课程信息4用户权限控制教师、学生、管理员不同权限学生管理系统是常见的应用场景，需要处理学生信息、成绩、课程等数据。利用类和对象的设计思想，可以清晰地组织和管理这些数据，实现系统的功能。设计模式概述结构化设计设计模式提供预定义的解决方案，简化复杂系统，提高代码可读性和可维护性。复用性模式可被重复使用，避免重复编写代码，提高开发效率，减少错误。可扩展性设计模式使代码易于修改和扩展，适应新的需求，提高系统灵活性。可读性模式提高代码可读性，易于理解，便于团队协作，降低维护成本。单例模式定义确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。例如，在应用程序中，通常只有一个配置对象，可以使用单例模式确保只有一个配置对象实例。优势控制资源使用，避免过度实例化造成的资源浪费。例如，在数据库连接中，使用单例模式可以确保只有一个数据库连接，避免重复连接带来的性能损耗。实现使用私有构造函数来阻止直接实例化，并提供一个公共的静态方法来获取唯一的实例。例如，可以使用一个私有静态变量来存储唯一的实例，并在静态方法中返回该实例。工厂模式创建对象通过工厂类来创建对象，隐藏创建对象的逻辑。统一接口所有创建的对象都通过工厂类获取，提供统一的接口。灵活扩展可以轻松添加新的产品类型，无需修改现有代码。策略模式1定义策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装成独立的类，以便在运行时根据需要选择并使用不同的算法。2优势策略模式提高代码的可扩展性和灵活性，方便在不修改现有代码的情况下添加新的算法。3应用场景例如，在电商平台中，可以选择不同的配送方式，每种配送方式对应一个策略类。4示例策略模式可以应用于不同的场景，如排序、加密、支付等。观察者模式定义观察者模式是一种行为模式，它允许对象之间建立一对多的依赖关系。应用当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。优势提高了系统的灵活性，降低了代码耦合度，方便系统扩展。示例例如，一个气象站可以将温度、湿度等数据发送给多个用户。装饰者模式动态扩展功能在不改变原有对象的基础上，通过装饰者对象来增强其功能，从而实现动态扩展。灵活性和可维护性装饰者模式可以根据需要选择不同的装饰器来组合不同的功能，提高代码的可维护性和灵活性。职责分离将核心功能和装饰功能分离，使得代码更加清晰易懂，也方便维护和扩展。适配器模式定义适配器模式是将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。适配器模式让原本接口不兼容的类可以协同工作。应用场景当现有类与目标接口不兼容时，可以使用适配器模式来解决。桥接模式分离抽象与实现桥接模式将抽象部分与实现部分分离，使两者可以独立变化，提高了系统的灵活性和可扩展性。降低耦合度抽象部分和实现部分之间通过接口或抽象类进行连接，降低了它们之间的耦合度，使修改更容易。提高可维护性桥接模式将抽象与实现解耦，使得系统更容易维护和修改，也更易于扩展新功能。模板方法模式11.定义模板方法定义一个算法骨架，并将某些步骤延迟到子类中实现。22.子类实现步骤子类可以重