面向对象程序设计的实训案例的设计

面向对象程序设计的实训案例的设计

一．引言

今天，面向对象编程技能作为应用软件设计人员的基本工作技能在软件业内已经深入人心：任何一个应用软件设计求职者如果敢于声称自己对面向对象编程一无所知，哪怕他其他方面再优秀，也会被公司拒绝；任何一家招聘应用软件设计职位的公司如果在招聘条件中没有列出“熟悉精通面象对象编程”这个条件，该公司一定认为这是默认的条件，没有单独列出的必要。

遗憾的是，应届大学大专毕业生动手能力不强已成为各软件用人单位的另一个共识，而把，等面向对象语言仅仅当作开发网站快速上手的工具的初学者更是大有人在。面对大街上扑天盖地的各类“计算机职业教育广告”，身为一名计算机专业教师，我觉得有必要为提高学生们的面向对象程序设计水平做点什么了。

提高学生的程序设计水平，公认最佳的途径就是多动手实践。在不给学生加负的前提下，精心选择，设计有代表性的实训案例，切实提高实训的效果，就显得尤为重要。

二．案例的评价标准

一个针对初学者的面向对象程序设计的实训案例应由案例的现实原型，案例分析设计和参考代码三个部分组成。其评价标准大致如下：

1．案例的现实原型应是同学们熟悉的题材，规模和复杂度相对较小，初学者容易把握主题。

2．案例的分析应体现出面向对象的思维方式，让同学们感受到“万物皆对象”，用面向对象的方式构建软件是一件自然而然的事情。

3．案例的设计要结构清晰，具备一定的健壮性和扩展性；在不影响结构优雅的前提下，尽可能全面应用到抽象类，接口，继承，多态，重载，覆盖等

面向对象基本特性，体现面向对象编程的特点。

4．案例的参考代码由源码实现，和伪代码相比，初学者对能编译运行的源代码更有好感。

三．案例的现实原型：

根据案例的评价标准，我选择了大家都比较熟悉的餐厅结账作为我们案例的现实原型，其功能要求如下：

1．程序功能：

这是一个餐厅计费的小程序；根据用户提供的消费清单和所应享受的折扣，算出最后用户的账单；根据用户选择，决定是否继续计算；

2．用户界面：

控制台命令行显示输出信息和接受用户输入信息；

3．折扣规定：

餐厅经营普通食品，海鲜，酒水三大类食品，其享受的折扣不同；折扣分为“进餐等待折扣”“折扣”“代金券折扣”三种。

. 进餐等待折扣：普通食品折，酒水折，海鲜不打折；

折扣：菜单总价折；

代金券折扣：总价每消费，可使用代金券，直接从总价中扣除；

补充说明：如果同时满足折扣,折扣,只能享受折扣.

．帐单规定：

显示消费的食品的每条记录和单价；显示总共应付费用；显示享受折扣的名称和

折扣金额；显示用户实际应付费用；

．用户在输入消费清单和享受折扣信息时，如果非法输入能够给以相应提示，同时程序正常执行下去。

四．案例的分析设计：

．程序所要涉及到的实体：

从需求知道，问题的关注点是生成消费的帐单。经验告诉我们，要得到帐单，我们必须知道用户消费食品的份数和单价，以及用户所享受打折的价格。

食品的份数和单价就是个人消费清单，它需要菜单和用户输入来支持；而菜单则由餐厅所提供的食品来决定。用户所享受打折的价格细分一下，可以划分为同用户相关的用户折扣条件和同用户无关的打折规则两个实体。显然，用户的折扣条件由用户输入信息决定，折扣条件依赖于食品。

当个人消费清单和用户所享受的打折价格都知道了，我们还需要一个计算的实体来处理输入数据，最后通过输出实体将帐单打印出来。

那么，程序需要涉及的实体及其功能如下表：

实体功能

计算：根据消费清单和用户折扣条件打印消费帐单；

菜单：打印菜单，供用户点菜时选择；

提供菜单的内容提供输入信息的依据；

个人消费清单：提供消费的食品的种类和和单价；

折扣规则：根据折扣条件，提供不同的折扣的计算方法；

折扣条件：根据用户输入，提供用户享受的折扣信息；

食品：是菜单和折扣规则的的依据，分为普通食品，海鲜，酒水三类。

信息输入：输入食品消费信息；输入享受折扣信息等；

信息输出：输出菜单信息；输出消费帐单；输出提示信息等；

表－

．实体的相互关系：

根据实体的功能和生命周期，我们可以推出实体间的相互关系如下：

1．计算和折扣规则的关系是聚集；

2．计算和折扣条件，个人消费清单的关系是依赖

3．个人消费清单和菜单的关系是聚集；

4．菜单和食品间的关系是依赖；

5．个人消费清单和食品间的关系是间接依赖；

6．个人消费清单，折扣条件和信息输入的关系是聚集；

7．计算，菜单和信息输出的关系是聚集；

．各实体的类的设计

根据实体的功能和相互间的关系，类设计如下：

计算类：

构造时装载“输出”和“折扣规则”，这里将输出定义为接口，为今后将控制台输出改为界面输出留下扩展的空间；同样出于扩展性的考虑，我们将折扣规则设置成抽象类，由具体子类实现。

对外提供方法打印帐单方法，根据消费清单和用户折扣条件打印消费帐单.

个人消费清单：

构造时装载“菜单”和“输入”。这里的输入也是接口。“菜单”把输入的食品代号和具体食品实例的对应起来，内置变量用来存放消费食品的实例，以便提供提供消费的食品的数量，种类和单价

折扣规则：根据折扣条件，提供不同的折扣的计算方法；

考虑到将来业务需要，对相同的折扣条件，不同的时段也许使用不同的折扣率。这里将折扣类设计成一个抽象类，提供计算不同折扣条件的抽象计算方法或者具体计算方法。继承于它的子类通过实现或者覆盖父类的方法，完成具体的折扣计算；

折扣条件：

根据三种折扣类型设置三个私有变量，保存用户输入的折扣信息，并提供相应的变量获取方法；

食品：

食品类的结构影响着“菜单”和“折扣规则”类的结构，是设计的一个重点，

目前看来，有两种实现思路。一种是用类来描述食品，下设普通食品，海鲜，酒水三个子类，子类的实例就是最终的食品。这中设计的好处是结构清晰，扩展性好，能满足将来食品类增加方法，属性的需求；另一种思路是用枚举类描述食品。这种思路把食品抽象为价格，名称和类型的结合体，用枚举类型来存储食品实现要简单，同时效率要稍好些。

这两种思路各有特点，都可以实现我们的需求。如果在两者间取舍的化，我更倾向于用类来描述食品。在我看来，实体潜在的变化可能性大的，应该用类来描述，因为类更能适应变化；反之，则用枚举合适；在不是特别强调性能的场合里，我通常都优先考虑扩展性。

确定了思路，下面的的工作就很明确了，将食品设为抽象类，下设普通食品，海鲜，酒水三个子类。抽象类提供带参数的构造方法，提供食品的代号，名称，价格的获取方法。注意，这些方法都是具体方法，之所以将设为抽象类，是为了避免这个顶级类实例化。我们生成的食品必将是普通食品，海鲜或者酒水中的一种。

为了将对象的创建和使用分开，我们设计了工厂类创建食品对象。工厂类提供普通食品，海鲜和酒水对象的静态创建方法以及根据食品代码创建食品的静态方法。

食品的价格，名称，代码数据应该存放到数据库或者配置文件中，供食品对象生成时使用。我们为了简化结构，这里使用枚举类存放具体食品信息。

信息输入和信息输出：

定义为和接口，由负责控制台输入，输出的类实现这两个接口，提供信息的输入，输出服务。将来如果需要提供页面输入，打印机输出，替换的类只要实现这两个接口即可，程序其他地方不需要改动。这就是对接口编程的好处。

五．参考代码：

篇幅所限，这里仅摘录部分有代表性的代码：

．类：

类的函数里，首先实例化，，，这些生命周期较长的类，然后进入输入消费食品清单，打印消费帐单的循环。计算类的实例根据折扣条件实例和食品消费清单实例，打印出帐单。

最后()方法获得用户是否继续计算的信息。如果是，计算下一个菜单，否则结束程序。

．重载方法：

重载方法是类中的私有方法；通过提供一系列方法名相同，方法参数不同的构造方法，满足中对于不同显示信息方式的需求。

．菜单的初始化：

菜单的构造函数中最主要的方法就是菜单的初始化方法。此方法将各种食品数据从枚举类中读出，生成菜单里面一个个食品实例，供用户点餐时参考，供用

户输入食品代号时验证参考。注意，类如( : ()){…..}的用法，是以上版本新增

加的功能，用来遍历集合中的每个元素，执行某种操作。该用法和中的循环的用

法相似。

另外，所有食品的实例均由工厂方法创建，将对象的创建和使用分离开来。

如果将来修改食品对象的生成方式，只需要更改工厂方法即可，增将了软件的可

维护性。

．获得输入消费食品输入信息：

获得控制台输入消费信息是本软件的一个相对复杂的地方。我们约定消费信息输入格式为：（前三位是消费品编号，后两位是消费品数量）；不同种类的消费品间

用空格分隔；那么，获取消费信息分两个步骤，第一步是获得输入格式正确的输入

字符串，第二步是获取正确的输入信息。如果第二步中输入信息内容不正确，返回

第一步重新执行。

第一步，获取输入格式正确的字符串：

通过输入流的方式取得消费菜单字符串，然后用正则表达式验证输入格式。如果输入格式不正确，返回输入信息，重新输入。

第二步：获取正确的信息：

将格式正确的输入字符串处理为合乎要求的数据类型，我们具体使用来存放处理的数据，使用是因为它可以有序存放输入的数据。然后运用文本分析器将字符串还原为一个个位的字符串，最后将这些字符串按照前三位是消费品编号，后两位是消费品数量的方式分开存入中。如果消费品号不存在，返回空；如有重复的消费品号，消费品的数量在中累加。输入信息处理完成后，将存放信息的返回。

．折扣条件的初始化

为代码结构更紧凑，在折扣条件类的初始化方法中，我们就将用户所享受的折扣信息载入，减少对外的方法。

在这里，没有使用。。。。语句，改用三元操作符“？：”，使程序代码更加简洁。

另外，由于折扣和等待折扣不能同时使用，在给，等初时值为的布尔型全局变量赋值的时候，使用。。。。。。分支语句简化结构。

．显示消费帐单：

计算类的核心方法就是显示帐单的方法；在获得了参数消费列表和所享受的折扣条

件之后，先根据消费列表算出应付的总费用，然后再计算出所享受的折扣分项，最后打印出详细的消费帐单。

注意，我们所需要的消费列表是类型为<>的集合，我们为何不将方法的参数定义为传入一个集合，而是传入类型，然后在方法体中再将<>的集合取出来呢？其实，这是为了使方法的语意更好懂，可维护性更强。显然，消费清单实例和另一个参数消费条件折扣实例是一个层面上的数据，使方法的逻辑性更强。

同理，由上面方法的调用的实例的方法中，包含有五个子方法，其中的（）方法只有一条打印语句，而打印语句又是另一个方法，且最终内容仅一条语句。将大的方法按照功能细分为更小的方法，直到在语意上功能不能拆分为止。这不但增加了了代码的可读性，而且大大减少了冗余代码的可能性。也许有人会说，过多的方法调用会影响软件性能，实际上，现代语言几乎已经完全免除了进程内的“函数调用动作的额外开销”，方法调用对软件性能几乎不会造成影响；相反，实践证明，由方法冗余造成的“散弹式修改”才是软件产生的一个重要原因。（“散弹式修改”指的是修改一个地方时，要在其对应的许多位置进行相关的修改工作，极易漏掉应修改项）。

六．结束语：

本案例在题材，程序结构设计，以及代码实现上基本满足设计之前对案例的要求。

当然，由于水平和时间原因，案例中难免会有不妥之处。我将在教学和学习中不断完善教学案例，提高教学水平，为计算机人才培养做一点贡献。

参考文献：

1．。. ’

2．。.

3．阎宏。与模式。电子工业出版社，

4．孙卫琴。面向对象编程。电子工业出版社。