【大学课件】面向对象设计方法

面向对象设计方法面向对象设计方法是一种用于软件开发的强大工具，它帮助我们构建可维护、可扩展和可复用的系统。面向对象设计简介抽象从具体事物中抽取出共同的、本质性的特征，形成抽象概念，用以描述事物的共性。封装将数据和操作数据的方法结合在一起，形成一个独立的实体，并隐藏内部细节，对外提供统一的接口。继承允许一个类从另一个类继承属性和方法，实现代码复用，促进代码的扩展和维护。多态指同一个操作在不同对象上表现出不同的行为，提高了程序的灵活性和可扩展性。类和对象类类是对象的蓝图，定义了对象的属性和行为。对象对象是类的实例，拥有类的属性和行为，是面向对象编程中的基本单元。类的定义与组成概念类是面向对象程序设计中的核心概念，它是一个抽象的数据类型，描述了一组对象的共同属性和行为。属性类的属性是类所拥有的数据成员，用于描述对象的特征。方法类的方法是类所拥有的函数成员，用于描述对象的行为和操作。对象及其属性和行为属性对象的状态，比如颜色、尺寸、位置等。这些属性可以是基本数据类型，比如整数、浮点数、字符串等，也可以是自定义的复杂数据类型。行为对象可以执行的动作，比如移动、旋转、计算等。行为通常用方法来实现，方法可以访问对象的属性，并执行操作。封装与数据抽象1隐藏内部细节封装将数据和操作隐藏在对象内部，只暴露必要的接口。2提高代码可维护性封装使代码更容易理解、修改和扩展，而不影响其他部分。3数据抽象抽象隐藏对象的内部实现细节，提供简洁的外部视图。继承与多态继承继承是一种创建新类（子类）的方式，它继承了已有类（父类）的属性和方法。多态多态性允许对象以不同的方式响应相同的消息，例如，在不同子类中实现相同的方法，但执行不同的逻辑。继承的概念与实现1概念继承是一种机制，允许创建新类（子类），它们继承了现有类（父类）的属性和行为。子类可以扩展或修改父类的功能，从而实现代码复用和层次化结构。2实现使用关键字"extends"来声明继承关系，子类可以访问父类的公开成员，并可以添加自己的成员。通过继承，子类可以复用父类的代码，提高开发效率。多态性的概念与实现1不同对象,不同行为同一个方法,不同对象调用,产生不同的结果2代码复用,简化设计通过接口或基类,实现代码的灵活性和可扩展性3提高可维护性代码结构清晰,易于理解和修改类之间的关系关联关系表示类之间的一种弱关系，例如一个学生可以借阅多本书籍，而一本书籍也可以被多个学生借阅。聚合关系表示类之间的一种“整体-部分”关系，但部分可以独立存在，例如汽车和轮胎，轮胎可以存在于汽车之外。组合关系也是一种“整体-部分”关系，但部分不能独立存在，例如人与心脏，心脏不能脱离人而存在。依赖关系表示类之间的一种使用关系，一个类需要使用另一个类的方法或属性，例如一个程序需要使用数据库连接类来连接数据库。关联关系表示类之间的简单联系一个类对象可以调用另一个类对象的方法。体现的是“知道”关系类A知道类B，但是类B不知道类A。使用虚线箭头表示箭头指向被关联的类。聚合关系弱关联聚合关系表示一种“拥有”关系，但“拥有”者和“被拥有”者之间是弱关联的，拥有者不负责被拥有者的生命周期。例如，大学与学生。可分离聚合关系中的“被拥有”者可以脱离“拥有者”独立存在，例如图书馆与书籍。组合关系整体与部分组合关系表示整体与部分之间的关系。部分的生命周期依赖于整体，部分不能独立存在。强依赖整体拥有部分，整体负责创建和销毁部分。部分的生命周期由整体控制。举例例如，汽车和发动机之间的关系。发动机是汽车的一部分，它不能独立存在，汽车负责创建和销毁发动机。依赖关系使用关系一个类使用另一个类的成员方法或属性，但不持有另一个类的实例。临时性依赖关系是比较弱的关系，体现为方法参数、局部变量等形式。代码耦合依赖关系会导致代码耦合，需谨慎设计，避免过度依赖。设计模式设计模式是软件开发中反复出现的问题的解决方案。它们提供可重用的代码结构和最佳实践，有助于创建灵活、可维护和可扩展的代码。设计模式的概念与分类定义设计模式是软件设计中反复出现的问题的解决方案。它们提供经过验证的最佳实践，用于构建灵活、可维护和可扩展的软件。分类设计模式通常分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。常见设计模式解析工厂模式创建对象的最佳实践，隐藏创建逻辑，提高代码灵活性。单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。装饰器模式动态地添加额外的功能到对象，保持原有对象不变。创建型模式抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口，而无需指定具体类。建造者模式将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同一个构建过程可以创建不同的表示。工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到子类。原型模式使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。结构型模式将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。Bridge模式可以将抽象部分和实现部分分别独立变化。将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite模式可以让你对单个对象和组合对象进行一致的处理。行为型模式1责任链模式将请求沿着处理者链传递，直到某个处理者能够处理它。2命令模式将请求封装成对象，以便使用不同的请求、队列或日志记录来参数化客户。3解释器模式定义语言的语法，并提供解释器来解析该语言的句子。4迭代器模式提供一种方法顺序访问聚合对象中的元素，而不暴露该对象的内部表示。面向对象分析和设计面向对象分析和设计(OOAD)是软件开发中的一种方法，它将系统分解成相互关联的对象，并以对象为中心进行分析、设计和实现。分析OOAD首先通过分析用户的需求和业务逻辑，将系统分解成不同的对象，并定义每个对象的属性和行为。设计设计阶段将分析结果转化为具体的代码实现，并考虑系统的架构、模块划分和数据结构等方面。对象建模技术1抽象从现实世界中识别出关键的对象，并提取其属性和行为。2封装将对象的属性和行为隐藏在对象内部，仅暴露必要的接口。3继承通过继承，创建新的对象类型，并复用现有对象的属性和行为。4多态同一个操作在不同的对象上表现出不同的行为，实现代码的灵活性和可扩展性。UML建模语言统一建模语言UML是一种用于可视化、指定、构建和文档化软件密集系统的图形化语言。标准化建模工具UML为面向对象软件开发提供了标准化建模符号和方法，方便团队成员协作和理解。多种图形表示UML提供了一套图形符号，用于描述软件系统的各个方面，包括类、对象、关系、行为等。用例建模1定义参与者识别与系统交互的用户或外部实体。2确定用例描述系统提供的特定功能或服务。3建立关系展现参与者与用例之间的交互关系。静态建模1类图展示系统中的类以及它们之间的关系2对象图展示系统中特定时刻的对象以及它们之间的关系3组件图展示系统中的组件以及它们之间的关系静态建模专注于系统的结构和组成，不考虑时间因素。它为系统的设计提供基础，包括类、对象、组件以及它们之间的关系。动态建模1行为对象之间交互2状态对象状态变化3时序事件序列交互建模顺序图描述对象之间交互的时间顺序，展示消息传递过程。协作图展现对象之间交互关系，侧重于对象之间的连接和交互点。状态图描述对象在不同状态下的行为变化，展现对象生命周期。面向对象设计原则为了实现可复用、可扩展、易维护的软件，面向对象设计遵循一些重要的原则。1单一职责原则每个类只负责一个功能。2开闭原则对扩展开放，对修改关闭。3里氏替换原则子类可以替换父类。单一职责原则清晰易懂每个类或模块只专注于一个职责，代码更易于理解和维护。提高可复用性单一职责的类或模块更容易被其他部分复用，提升代码效率。降低风险当修改一个类或模块时，不会影响其他功能，降低代码修改风险。开闭原则对扩展开放系统应该易于扩展，添加新功能或修改现有功能无需修改原有代码。对修改关闭系统在扩展时，不应修改原有代码，而是通过添加新代码来实现扩展。里氏替换原则子类可替换父类子类对象可以替换父类对象，不影响程序的正常运行。继承和多态该原则与继承和多态息息相关，是面向对象设计中重要的原则之一。代码可维护性确保代码可维护性和可