面向对象的设计方法全解
软件工程 第八章 面向对象的设计方法
第八章面向对象的设计方法本章采用基于UML的面向对象设计方法的将分析模型转换为设计模型。
如第五章所述，面向对象的分析模型主要由顶层架构图、用例与用例图、领域概念模型构成；设计模型则包含以包图表示的软件体系结构图、以交互图表示的用例实现图、完整精确的类图、针对复杂对象的状态图和用以描述流程化处理过程的活动图等。
为完成这一转换过程，设计人员必须处理以下任务：（1）针对分析模型中的用例，设计实现方案。
实现方案用UML交互图表示。
（2）设计技术支撑设施。
在大型软件项目中，往往需要一些技术支撑设施来帮助业务需求层面的类或子系统完成其功能。
这些设施本身并非业务需求的一部分，但却为多种业务需求的实现提供公共服务。
例如，数据的持久存储服务、安全控制服务和远程访问服务等。
在面向对象设计中，需要研究这些技术支撑设施的实现方式以及它们与业务需求层面的类及子系统之间的关系。
（3）设计用户界面。
（4）针对分析模型中的领域概念模型以及第（2）、（3）两个步骤引进的新类，完整、精确地确定每个类的属性和操作，并完整地标示类之间的关系。
此外，为了实现软件重用和强内聚、松耦合等软件设计原则，还可以对前面形成的类图进行各种微调，最终形成足以构成面向对象程序设计的基础和依据的详尽类图。
面向对象的软件设计过程如图8-1-1所示。
图8-1-1 面向对象的软件设计过程第一节设计用例实现方案UML 的交互图（顺序图、协作图）适于用例实现方案的表示。
因此，本节首先介绍交互图的语言机制，然后探讨用例实现方案的设计方法。
该设计方法包含如下3个步骤：（1）提取边界类、实体类和控制类；（2）构造交互图；（3）根据交互图精华类图。
一、顺序图顺序图用来描述对象之间动态的交互关系，着重表现对象间消息传递的时间顺序。
在顺序图中，参与交互的对象位于顶端的水平轴上，垂直轴表示时间，时间推移的方向是自上而下的。
顺序图中的对象一般以“对象名：类名”的方式标识，但也可以仅采用缩写形式“对象名”或者“：类名”。
面向对象23种设计模式
面向对象23种设计模式面向对象23种设计模式在面向对象的编程中，设计模式是一种解决问题的通用方案。
设计模式可以帮助开发人员在开发过程中减少代码的冗余和复杂性，并提高代码的可维护性和可重用性。
本文将介绍23种面向对象的设计模式。
1. 工厂方法模式工厂方法模式是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但是让子类决定实例化哪个类。
在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体的创建逻辑，只需要知道工厂类中定义的接口即可。
2. 抽象工厂模式抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指定它们的具体类。
在抽象工厂模式中，客户端不需要知道具体的创建逻辑，只需要知道工厂类中定义的接口即可。
3. 单例模式单例模式是一种创建型设计模式，它保证一个类只有一个实例，并提供一个访问该实例的全局点。
4. 原型模式原型模式是一种创建型设计模式，它允许复制或克隆一个现有的对象，而不必知道其具体实现。
5. 建造者模式建造者模式是一种创建型设计模式，它允许逐步创建复杂的对象，而不必知道其内部实现细节。
6. 适配器模式适配器模式是一种结构型设计模式，它将一个或多个不兼容的类或接口转换为客户端所需的接口。
7. 桥接模式桥接模式是一种结构型设计模式，它将抽象部分与其实现部分分离开来，以便独立地进行修改。
8. 组合模式组合模式是一种结构型设计模式，它将一组对象作为单个对象处理，以便客户端可以以相同的方式处理单个对象和组合对象。
9. 装饰器模式装饰器模式是一种结构型设计模式，它允许向现有对象添加额外的功能，同时不改变其现有的结构。
10. 外观模式外观模式是一种结构型设计模式，它为一组复杂的子系统提供了一个统一的接口，以便于客户端使用。
11. 享元模式享元模式是一种结构型设计模式，它利用共享技术来最小化内存使用，以及提高应用程序的性能。
12. 代理模式代理模式是一种结构型设计模式，它提供了一个代理对象，使得客户端可以通过代理对象间接地访问实际对象。
面向对象分析与设计基础知识全掌握
面向对象分析与设计基础知识全掌握在软件开发领域，面向对象分析与设计（Object-Oriented Analysis and Design，简称OOAD）是一种广泛应用的方法论。
它以对象为核心，通过抽象、封装、继承和多态等特性，实现对软件系统的理解和构建。
本文将全面介绍面向对象分析与设计的基础知识，帮助读者全面掌握这一方法。
一、面向对象思想的基本概念面向对象思想是现代软件开发的基石，理解其中的基本概念对于深入学习面向对象分析与设计至关重要。
1.1 类和对象在面向对象的世界里，类是对象的抽象和模板，定义了对象的属性和行为。
类可以看作是一种数据类型的定义，它具有封装、继承和多态的特性。
而对象是类的实例，是具体的、可以被使用的实体。
1.2 封装封装（Encapsulation）指将数据和对数据的操作封装在一个类中，通过访问权限控制，隐藏对象的内部细节，仅向外部提供必要的接口。
封装提高了代码的安全性和复用性，减少了代码的耦合度。
1.3 继承继承（Inheritance）是面向对象编程中的重要概念，它允许我们创建新的类，从已存在的类中继承属性和方法。
继承可以提高代码的可扩展性和复用性，实现了代码的层次化组织。
1.4 多态多态（Polymorphism）是面向对象编程中的另一个重要概念，它允许不同类的对象对同一消息作出响应，实现了不同对象之间的互换使用。
多态提高了代码的灵活性和可维护性。
二、面向对象分析与设计的过程面向对象分析与设计是一种系统化的方法，它通过一系列步骤来分析和设计软件系统。
下面是面向对象分析与设计的基本过程。
2.1 需求获取需求获取是面向对象分析与设计的第一步，通过与用户沟通、分析文档等方式，准确地理解用户的需求和期望。
在这一阶段，我们需要收集用户需求并进行整理和分析。
2.2 需求分析需求分析是根据获取到的需求，进一步分析需求的优先级、相互关系和约束条件等。
通过需求分析，我们可以消除需求的模糊性和冲突，为后续的设计工作提供准确的依据。
面向对象程序设计之设计原则与方法
面向对象程序设计之设计原则与方法面向对象程序设计是一种先进的程序设计范式，关键在于建立一个具有自主行为和自我描述能力的程序体系结构，它可以非常自然的模拟现实世界中的对象和关系，提升程序的可读性、可扩展性和可维护性，其重要性不言而喻。
在面向对象的程序设计中，设计原则和设计方法是非常重要的，以下是我对其的理解和分析。
一、设计原则设计原则是设计过程中最重要的指导方针。
它可以帮助开发人员做出更好的设计决策，确保程序具有高内聚性和低耦合性，以此提高程序的可扩展性、可维护性和可重用性。
下面是一些常用的面向对象设计原则：1. 单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）单一职责原则是指一个类、模块或者函数只负责一项任务。
这样做可以降低类的复杂度，提高代码的可读性，方便代码的维护和修改。
2. 开放-封闭原则（Open-Closed Principle，OCP）开放-封闭原则是指一个软件实体（类、模块或函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。
也就是说，在不修改现有代码的情况下，可以通过增加新的代码来扩展软件的功能。
3. 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）里氏替换原则是指如果一个软件实体使用了另一个软件实体，那么它们应该是可以互换的。
也就是说，子类可以替换父类出现在程序中的任何地方，并保证程序的功能正确性。
4. 依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）依赖倒置原则是指高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖抽象。
同时，抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。
这样做可以降低模块之间的耦合度，提高代码的可维护性和可重用性。
5. 接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）接口隔离原则是指一个类不应该依赖一个它不需要的接口。
也就是说，一个接口应该只提供它的客户端需要的方法，而不应该强迫它们实现它们不需要的方法。
面向对象的系统分析与设计方法
面向对象的系统分析与设计方法在信息化时代，各种软件系统已经深入到人们日常生活的方方面面。
如何将软件设计得更加高效、安全、易用成为设计人员不断探索的问题。
其中，面向对象的系统分析与设计方法被广泛应用于软件领域，成为当前软件研发中的流行趋势。
一、面向对象思想面向对象思想是一种软件分析、设计和编程思路。
它将现实世界中的实体抽象为对象，通过对象之间的交互和信息处理来实现系统的功能。
对象的行为和属性都与现实世界中的事物相对应，因此可以更加符合人类的思维方式，易于理解和维护。
同时，面向对象的设计还具有可重用性好、扩展性强、易维护等优点，因此被广泛应用于软件开发中。
二、面向对象的系统分析与设计面向对象的系统分析与设计方法采用面向对象思想，以系统的对象为中心，对系统所涉及到的实体进行抽象分析和设计。
其主要步骤包括系统需求分析、面向对象的分析和面向对象的设计。
1.系统需求分析系统需求分析是整个软件开发的关键，需要通过对用户需求、客户需求和用户交互接口需求等方面进行深入分析和调研，明确软件的功能、性能、可靠性和安全性等需求要求，为后续的设计和编码打下基础。
2.面向对象的分析面向对象的分析将系统需求分析的结果转化为面向对象的模型，具体包括对象、类、关系、约束条件等方面的分析。
其中，最重要的是通过实体之间的关系和交互来建立对象模型，理清对象之间的依赖关系和功能流程，同时将软件的功能划分为一个个模块，为后续的设计提供可靠的基础。
3.面向对象的设计面向对象的设计是指基于面向对象的分析结果，对系统进行更加详细的设计。
在设计过程中，需要运用各种通用的面向对象设计模式，如单例模式、工厂模式、观察者模式等，从而提高系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时还需考虑系统安全性、性能等方面的设计。
三、面向对象设计方法的优势1.提高系统的可维护性面向对象设计方法可以将系统中的实体进行模块化的设计，每个模块都可以自行管理本身功能的维护和更新，同时多个模块之间的协调和合作也容易实现，从而提高了系统的可维护性。
面向对象程序设计方法学
⾯向对象程序设计⽅法学⾯向对象程序设计⽅法学⾯向对象程序设计吸取了结构化程序设计的⼀切优点，⼜考虑了现实世界与⾯向对象解空间的映射关系，它所追求的⽬标是将现实世界问题的求解尽可能的简单化。
⾯向对象程序设计将数据及对数据的操作放在⼀起，作为⼀个相互依存、不可分割的整体来处理，它采⽤数据抽象和信息隐藏技术。
它将对象及对对象的操作抽象成⼀种新的数据类型—类，并且考虑不同对象之间的联系和对象类的重⽤性。
下⾯我将就本⼈了解的⼀些⾯向对象基本概念和⼤家分享。
希望对⼤家有所帮助。
⼀、对象的基本概念⾯向对象＝对象+类+继承+消息通信⾯向对象系统最突出的特性就是封装性、继承性和多态性，衡量某⼀种程序设计语⾔，看它是否是⾯向对象的程序设计语⾔，主要看它是否具有以上三种特性。
像C++,C#,java等都是这样的程序设计语⾔。
⼆、类与对象类(class)是对具有相同属性和服务的⼀个或⼀组对象的抽象定义。
类与对象是抽象与具体实例的关系，⼀个具体的对象被称做类的⼀个实例。
是否建⽴了丰富的类库是衡量⼀个⾯向对象程序设计语⾔成熟与否的⼀个重要标志。
对象(object)是系统中⽤来描述客观事物的⼀个实体，它是构成系统的⼀个基本单位，是类的实例。
⾯向对象的软件系统是由对象组成的，复杂的对象是由⽐较简单的对象组合⽽成。
也就是说，⾯向对象⽅法学使⽤对象分解取代了传统⽅法的功能分解。
对象的属性和⽅法称为这个对象的“成员”。
它是构成对象的主要部分。
类可以说是对象的蓝图（blueprint）三、对象三要素 对象三要素：对象标志、属性和服务对象标志：也就是对象的名字，供系统内部唯⼀地识别对象。
属性：也称状态或数据，⽤来描述对象的静态特征。
在某些⾯向对象的程序设计语⾔中，属性通常被称为成员变量或简称变量。
服务：也称操作、⾏为或⽅法等，⽤来描述对象的动态特征。
某些⾯向对象程序设计语⾔中，服务通常被称为成员函数或简称函数。
封装：对象的⼀个重要原则,⽬的是使对象的定义与实现分离。
面向对象设计的23个设计模式详解
面向对象设计的23个设计模式详解面向对象设计是一种广泛应用于软件开发的思想，其核心在于将数据和操作封装在一起形成对象，并通过各种方式进行交互和组合，从而实现复杂的功能。
在这一过程中，设计模式起到了非常重要的作用，可以有效地提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。
本文将对23种常见的设计模式进行详解。
一、创建型模式1.简单工厂模式简单工厂模式属于创建型模式，其目的是提供一个工厂类，使得创建对象的过程更加简单。
在这种模式中，使用者只需要提供所需对象的参数，而无需关心对象的具体实现细节。
简单工厂模式适合于对象创建过程较为简单的情况。
2.工厂方法模式工厂方法模式是简单工厂模式的进一步扩展，其核心在于将工厂类进行接口抽象化，使得不同的工厂类可以创建不同的对象实例。
工厂方法模式适合于对象创建过程较为复杂的情况。
它可以为工厂类添加新的产品类型，而不会影响原有的代码。
3.抽象工厂模式抽象工厂模式是工厂方法模式的进一步扩展，其目的是提供一个可以创建一系列相关或者独立的对象的接口。
在抽象工厂模式中，使用者只需要关心所需对象组合的类型，而无需关注对象的具体实现过程。
4.建造者模式建造者模式也是一种创建型模式，其目的在于将复杂对象分解为多个简单的部分，并将其组装起来形成复杂对象实例。
在建造者模式中，使用者只需要关注所需对象以及它们的组合方式，而无需关心对象的具体实现过程。
5.原型模式原型模式是一种基于克隆的创建型模式，其核心在于通过复制现有的对象实例来创建新的对象。
在原型模式中，对象实例的创建过程与对象所包含的状态密切相关。
原型模式适合于创建复杂对象实例，且这些对象实例之间是相对独立的情况。
二、结构型模式6.适配器模式适配器模式是一种结构型模式，其目的在于将一个类的接口转换为另一个类所能使用的接口。
在适配器模式中，使用者可以通过不同的适配器实现对象之间的互相调用。
7.桥接模式桥接模式是一种结构型模式，其目的在于将抽象部分与实现部分相互分离，从而使得两者可以独立变化。
面向对象设计
面向对象设计面向对象设计（Object-oriented design，简称OOD）是一种软件设计方法，强调将现实世界中的事物抽象成对象并建立对象间的关系来解决问题。
面向对象设计是面向对象编程（OOP）的基础，它通过封装、继承和多态等机制，提供了一种灵活、可扩展和易于维护的软件设计方法。
面向对象设计的基本原则是封装、继承和多态。
封装将数据和操作封装在一个对象中，通过接口暴露对象的行为，隐藏内部实现细节。
继承通过派生新的类扩展或修改现有类的功能，提高代码的复用性和扩展性。
多态通过定义一组相同的接口，不同的对象可以根据自身的类型实现不同的行为，提高代码的灵活性和扩展性。
在面向对象设计中，首先要分析问题，确定问题空间中的对象及其关系。
然后，根据对象的属性和行为，设计对象的类。
类是对象的抽象，包含了对象的属性和方法。
接着，定义对象间的交互方式和协作关系，包括对象之间的消息传递和方法调用。
最后，实现类的具体代码，通过创建对象、调用对象的方法来解决问题。
面向对象设计有许多优点。
首先，它提供了一种自然的方式来描述问题空间，使得软件设计更加直观和易于理解。
其次，面向对象设计具有高内聚、低耦合的特点，可以减少软件的复杂性，提高代码的可维护性和可扩展性。
此外，面向对象设计也能够提高代码的重用性，通过继承和多态的机制，可以更好地复用已有的代码。
然而，面向对象设计也存在一些挑战。
首先，面向对象设计需要进行全局的系统分析和设计，涉及多个对象和类的交互，需要耗费大量的时间和精力。
其次，面向对象设计需要合理地划分对象和类的职责，避免出现职责不清晰和耦合度过高的情况。
最后，面向对象设计需要谨慎地选择继承和多态的使用方式，以避免出现冗余的代码和复杂的继承关系。
综上所述，面向对象设计是一种强调对象和类的关系和交互的软件设计方法，通过封装、继承和多态等机制，提供了一种灵活、可扩展和易于维护的软件设计方法。
面向对象设计能够提高代码的可维护性、可扩展性和重用性，但也需要进行全局的系统分析和设计，并且需要合理地划分职责和选择继承和多态的使用方式。
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2 设计技术支撑方案——数据持久存储服务
目的：将目标软件系统中依赖于系统运行环境的数 据存取部分与其它部分相分离。 数据持久存储服务的设计包括：
定义数据格式 定义数据存取操作
2 设计技术支撑方案——并发与同步控制服务
目的：将目标软件系统中依赖于系统运行环境的并 发与同步控制部分和其他部分相分离。 功能：进程/线程的定义与启动、终止、状态查询、 同步点设置及其在同步点的信息交换等。
1 设计用例实现方案——构造交互图
用例描述中，事件流中的事件直接对应于交互图中的消息， 事件的顺序体现为交互图中的时序… 用分离的交互图分别表示事件流和每个备选事件流 顺序图的布局规则： 协作图的布局规则：
1 设计用例实现方案——精化类图
利用交互图精化分析模型中的类图
交互图中，对每个类的对象都规定了它必须响应的消息(对应
精化的任务：
① ② ③ ④ ⑤
以顶层架构图为基础，精化目标软件系统的体 系结构。 精化类之间的关系。 精化类的属性和操作。 针对具有明显状态转换特征的类，设计状态图。 （画图） 针对比较复杂的类方法，设计活动图。 （画图）
4 精化设计模型——精化体系结构
目的：寻找一种理想的包划分方案，使得每个包中直接包含 的类的数量规模适中，包的边界清晰、自然，并且包间的耦 合度较低。 类间耦合：从高到低 ：继承关系、构成关系、聚合关系、 关联关系、依赖关系、两个类的对象受同一执行者变化的影 响。 包的合并和分拆的目标：强内聚，松耦合 完全排除包间的依赖关系既无必要，也不合理。但是以下原 则要尽量遵守：
实体类：表示目标软件系统中具有持久意义的信息项及其操作。 控制类：完成用例任务的责任承担者，协调、控制其它类共同完
成用例规定的功能或行为。 提取方法：
一般执行者与用例之间的一种通信连接对应一个边界类； 实体类主要来源于领域概念模型，在用例描述中也有； 一般而言，一个用例通常对应一个控制类，也可能多个用例共享一个控制 类或不设独立控制类的情况。
OOA、OOD、OOP阶段间反复迭代
基于UML的OOD概述
分析模型：顶层架构图、用例与用例图、领域概念模型。 设计模型：体系结构图(包图)、交互图、类图、状态图、
活动图等。
任务：
①针对分析模型用例，设计用UML交互图表示的实现方
案。 ②设计技术支撑设施。非业务需求的一部分，但却为多 种业务需求的实现提供公共服务,如：数据的持久存储 服务、安全控制服务、远程访问服务等。 ③设计用户界面。 ④针对分析模型中的领域概念模型，以及第(2)、第(3) 两个步骤引进的新类，完整、精确地确定每个类的属 性、操作，完整地标示类之间的关系。
协作图：描述相互合作的对象间的交互关系和链接关系，强调交互对 象间的静态链接关系。例：见下页图
元素：对象、链接、消息
1 设计用例实现方案
1 设计用例实现方案——提取边界类、实体
类和控制类
边界类：用于描述目标软件系统与外部环境间的交互，功能：
① ② ③
界面控制：包括输入数据的格式及内容转换，输出结果的呈现，软件运行 过程中界面的变化与切换等。 外部接口：实现目标软件系统与外部系统或外部设备之间的信息交流和互 操作。主要关注跨越目标软件系统边界的通信协议。 环境隔离：将目标软件系统与操作系统、数据库管理系统、应用服务器中 间件等环境软件进行交互的功能与特性封装于边界类之中，使目标软件系 统的其余部分尽可能地独立于环境软件。
①
②
③
④
简单消息：以一种简单、抽象的函数表示对象之间的信息传递，不考虑通信过程 的内部细节。简单消息在UML顺序图中用普通的有向箭头表示。 同步消息：消息源发出消息后必须等待消息处理过程完毕并返回处理结果后，消 息源才可继续执行后续操作。前面所述的自调用消息应该是同步的。一般来讲同 步消息的表示图元与简单消息相同，这表明UML在缺省情形下认为简单消息即为 同步消息。 异步消息：消息源发出消息后不必等待消息处理过程的返回，即可继续执行自己 的后续操作。异步消息主要用于描述实时系统中的并发行为。异步消息在UML顺 序图中用一种特别的单向箭头表示。 返回消息： 表示前面发送的消息的处理过程完结之后的返回结果。返回消息应该 是同步的。在许多情况下，可以隐藏返回消息，但也可显式标出返回消息以示强 调。返回消息用虚线有向箭头表示，
设计过程：
1 设计用例实现方案
用例实现方案用交互图描述，交互图包括：顺序图、协作图 顺序图：描述对象之间动态的交互关系，着重表现对象间消息传递的 时间顺序。例：下页图
元素：对象、时间、生命线、生命终结、活跃期、消息（序号、条件表达 式）、迭代标记*、描述信息等。 UML消息的四种类型：
类的操作)以及对象之间的消息传递通道(对应类间的连接关 系) 。 方法/操作：原则上，每个类都应有一个操作来响应交互图中 指向其对象的那条消息。设计人员应尽量使用已有操作来响 应新消息，并尽量使用已存在的连接路径作为消息传递通道。
属性：类的操作完成消息响应责任的能力来源于两方面的知
识：类本身具有的信息（属性），其它类的协助。
面向对象的设计方法
1. 设计用例实现方案 2. 设计技术支撑方案 3. 设计用户界面 4. 精化设计模型
概述
OOA、OOD模型过渡平滑
分析以问题为中心，设计面向计算机实现。 OOD使得从问题空间到解空间的变换直观合理。 OOD更自然地遵循抽象、信息隐藏、模块化原则。 OOD完成信息和处理的双重模块化。
3 设计用户界面
用户界面设计的策略和步骤：
① ②③④ ⑤Fra bibliotek⑥熟悉用户并对用户分类。 按用户类别分析用户工作流程与习惯。 设计并优化命令系统。 设计用户界面的各种细节。 增加用户界面专用的类与对象。 利用快速原型演示，改进界面设计。为人机交互部 分构造原型，是界面设计的基本技术之一。
4 精化设计模型
2 设计技术支撑方案
应用功能往往都需要一组技术支撑机制为其提供服 务。 技术支撑方案是整个目标软件系统中全局性的公共 技术平台。 技术支撑方案应具有良好的稳定性、开放性、可扩 充性。 技术支撑方案的设计一方面取决于目标软件系统对 公共技术服务的需求，另一方面取决于设计人员对 软件技术手段的把握和选取。