《面对对象编程基础》课件

面向对象编程基础面向对象编程是一种强大的编程范式，它以对象为中心，通过封装、继承和多态等机制构建软件系统。什么是面向对象编程以对象为中心面向对象编程将程序看作是一组相互协作的对象，而不是一系列的指令。数据与操作封装每个对象包含数据和操作数据的函数，并隐藏内部细节。模块化设计对象可以独立存在并重用，提高代码可维护性和可扩展性。信息交互对象通过消息传递进行通信，实现程序功能。面向对象的三大特性封装封装是指将数据和操作数据的代码封装在一起，形成一个独立的单元，即类。类可以隐藏内部细节，对外提供访问接口。通过封装，可以保护数据，提高代码可维护性和可重用性。继承继承是指创建新的类，并继承已有类的属性和方法，实现代码复用。子类可以扩展或修改父类的行为，使代码更加灵活和可扩展。多态多态是指同一方法可以根据调用者的不同，表现出不同的行为。通过多态，可以简化代码，提高代码的可扩展性。类和对象的概念类：模板类是对象的蓝图或模板。它定义了对象的属性和行为，但本身不是具体的实例。对象：实例对象是类的具体实例，拥有类的属性和行为。例如，汽车是“车辆”类的具体实例。类的定义和属性类的定义类是一种数据结构，它封装了数据和方法，用于描述一组具有相同属性和行为的对象。属性的定义属性是类中用于存储数据成员的变量，它们描述了对象的特征。属性的访问通过对象的引用访问属性，例如使用点运算符（.）访问类的属性。属性的类型属性可以是基本数据类型，如整型、浮点型、字符串型，也可以是自定义数据类型，例如其他类或数组。对象的实例化创建对象的过程被称为实例化。对象是类的具体实例。1定义类创建类模板2创建对象使用类创建实例3初始化对象分配内存和设置初始值例如，我们可以用"Car"类来创建一个名为"myCar"的汽车对象。方法的定义和调用11.方法定义方法用于封装代码块，实现特定功能。22.方法参数方法可以接受参数，以提供必要的输入信息。33.方法返回值方法可以通过返回值将结果传回调用方。44.方法调用通过对象名加方法名，并传入参数，即可执行方法。构造函数和析构函数构造函数对象创建时自动调用，初始化对象状态。可带参数，方便定制对象。析构函数对象销毁时自动调用，释放资源，例如关闭文件、释放内存。访问修饰符控制访问权限访问修饰符用来限制对类成员的访问权限。保护数据完整性防止外部代码意外修改内部状态。封装和信息隐藏实现代码的模块化和可维护性。三种类型public:公开访问private:私有访问protected:保护访问继承的概念代码复用继承是面向对象编程中重要的概念之一，它允许创建新的类（子类）继承现有类（父类）的属性和方法，从而实现代码的复用。扩展功能子类可以扩展父类的功能，添加新的属性或方法，使其更适合特定的需求。层次结构继承关系形成了类的层次结构，可以清晰地描述不同类之间的关系，提高代码的可读性和可维护性。单继承和多继承单继承一个子类只能继承自一个父类。例如，鸟类继承自动物类，而鸟类不能再继承其他类。多继承一个子类可以继承自多个父类。例如，一个混合动力汽车可以继承自汽车类和电动汽车类。重写和重载1方法重写子类重新定义父类的方法，签名相同，实现不同。2方法重载同一个类中，方法名相同，参数列表不同。3重写实现多态性，子类具有更具体的行为。4重载提高代码可读性和可维护性，提供灵活的调用方式。多态的实现11.方法重写子类继承父类并重写父类的方法，实现不同的行为。22.接口实现不同的类实现同一个接口，实现相同的方法，但具体的实现不同。33.泛型使用泛型可以定义通用的类型，在运行时根据实际类型进行操作。抽象类和接口抽象类抽象类是不能直接实例化的类，它包含抽象方法，需要由子类实现。抽象类可以定义共性方法，子类可以继承并实现。接口接口定义了一组方法，但不提供实现，由实现接口的类来实现这些方法。接口用于定义规范，实现多态性。关系抽象类和接口可以共同使用，例如，抽象类可以实现接口，接口可以定义抽象类的行为。UML类图设计UML类图是面向对象程序设计中非常重要的可视化工具，能够直观地描述类的属性、方法和关系。通过类图，我们可以清晰地了解系统的结构和各个类之间的交互关系，从而更好地理解代码逻辑和设计思路。面向对象的设计原则单一职责原则每个类只负责一项功能，避免职责过多而导致类变得臃肿。开闭原则软件实体应该对扩展开放，对修改关闭，以便在扩展时无需修改现有代码。里氏替换原则子类可以替换父类而不会改变程序的行为，确保代码的稳定性。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。设计模式简介软件设计原则设计模式为常见问题提供可重用解决方案，可提高代码可读性、可维护性和可扩展性。协作和沟通设计模式促进团队协作，为开发者提供共同语言和理解。代码可复用设计模式提供可复用的设计方案，减少重复代码，提高代码效率。单例模式定义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。它通过限制实例化操作，使该类只有一个实例。优点它可以控制资源使用，并确保数据一致性。在需要全局唯一对象的情况下，单例模式是最佳选择。工厂模式定义工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式，并隐藏了对象创建的复杂性。优点解耦创建者与对象创建过程提供灵活的对象创建机制易于扩展和维护策略模式定义策略模式定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。优点提高代码灵活性和可维护性，降低耦合度，方便算法扩展。应用场景需要在运行时根据不同的条件选择不同的算法执行。装饰模式动态增加功能装饰模式通过添加新的功能，在不修改原始对象的情况下，扩展对象的功能。灵活性和扩展性通过装饰器，可以灵活地为对象添加各种不同的功能，提高代码的扩展性和灵活性。职责分离装饰模式将对象的功能和装饰功能分离，使代码更易于维护和扩展。代理模式代理模式代理模式为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。代理模式代理模式提供了额外的功能，例如：访问控制、日志记录和缓存。代理模式代理模式可以实现各种需求，例如远程代理、虚拟代理和保护代理。观察者模式11.定义主题和观察者主题对象维护观察者列表，观察者可以注册或注销。22.通知机制当主题对象状态发生变化时，会通知所有注册的观察者。33.松耦合主题和观察者之间没有直接依赖关系，通过接口进行交互。44.应用场景适用于多个对象需要对同一个事件进行处理。适配器模式连接不同接口适配器模式允许使用不同接口的类一起工作，就像一个插座适配器将不同的插头连接到同一个插座。解决兼容性问题当需要使用现有类但其接口不匹配时，可以使用适配器模式将它们连接起来，避免重新编写代码。简化系统设计通过适配器模式，可以将不同接口的类统一起来，简化系统设计和维护。桥接模式解耦抽象和实现桥接模式将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。灵活扩展桥接模式允许在运行时动态选择实现，提高了系统的灵活性。应用场景桥接模式适用于需要将抽象与实现分离的场景，例如图形库、数据库连接。面向对象案例分析系统设计面向对象编程可应用于各种系统设计，例如电子商务网站、游戏引擎或应用程序。图形界面GUI开发受益于面向对象编程，因为它可以组织复杂的图形界面元素。数据管理对象模型可用于表示现实世界中的实体，从而构建强大的数据库系统。网络编程面向对象编程可用于设计网络协议和构建分布