面向对象设计
软件工程第十一章面向对象设计
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01
抽象类是一种不能被实例化的 类，它只能被其他类继承。
02
抽象类可以包含抽象方法和具 体方法。抽象方法是没有具体 实现的方法，需要在继承抽象 类的子类中实现。
03
通过继承抽象类，子类可以继 承抽象类的属性和方法，并且 可以重写或实现抽象类中的方 法。
接口与抽象类的选择
在设计软件时，选择使用接口还是抽象类取决于具体需求和设计目标。
关系
关系描述了对象之间的交互和联系。 常见的关系包括关联、聚合和继承。
继承与多态的设计
继承
继承是一种实现代码重用的方式，子类可以继承父类的属性和方法，并可以扩展或覆盖它们。通过继承，可以建 立类之间的层次结构，使得代码更加清晰和易于维护。
多态
多态是指一个接口可以有多种实现方式，或者一个对象可以有多种形态。多态可以提高代码的灵活性和可扩展性， 使得程序更加易于维护和修改。
02
类与对象的设计
类的定义与属性
类的定义
类是对象的抽象，它描述了一组具有相同属性和行为的对象。类定义了对象的结构、行为和关系。
属性
属性是类中用于描述对象状态的变量。每个对象都有其自己的属性值，这些属性值决定了对象的状态 。
对象的行为与关系
行为
行为是类中定义的方法，用于描述对 象可以执行的操作。方法定义了对象 的行为和功能。
高层模块不应该依赖于低层模块，它们都应 该依赖于抽象。
面向对象设计的优势
提高代码可重用性
通过类和继承实现代码重用，减少重 复代码。
提高代码可维护性
面向对象设计使得代码结构更加清晰， 易于理解和维护。
提高开发效率
通过快速原型开发，快速构建软件系 统。
面向对象设计方法主要特征
面向对象设计方法主要特征
面向对象设计方法的主要特征包括：
1. 封装（Encapsulation）：将数据和对数据的操作封装在一起，通过定义类来实现。
类中的数据称为属性，对属性的操作称为方法。
封装可以隐藏内部实现细节，提供简化的接口，提高代码的可重用性和可维护性。
2. 继承（Inheritance）：通过继承机制，一个类可以派生出子类，子类会继承父类的属性和方法。
继承允许代码的复用，并且可以构建类的层次结构，实现抽象和特化。
3. 多态（Polymorphism）：多态是指同一个类的不同对象对同一消息采取不同的行为。
多态提供了一种灵活的方式来处理不同类型的对象，通过动态绑定实现方法的调用。
4. 抽象（Abstraction）：抽象是指忽略实现细节，关注事物的本质和共性特点。
通过抽象，可以定义出适用于多个具体类的通用类，提高代码的灵活性和可扩展性。
5. 组合（Composition）：组合是指将多个对象组合成一个更大的对象，形成部分-整体的关系。
通过组合，可以构建复杂的结构和功能。
6. 接口（Interface）：接口定义了一个类或组件对外提供的操作和属性，而不关心其具体实现。
接口可以约束不同类的行为，实现代码的解耦和可插拔性。
7. 聚合（Aggregation）：聚合是指将多个对象聚集在一起，形成所谓的整体。
聚合是一种弱关联关系，整体和部分可以分离存在。
通过运用这些特征，面向对象设计方法可以模拟现实世界中的情景和关系，使系统具有更好的可维护性、可扩展性和重用性。
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。
对面向对象程序设计的认识和理解
对面向对象程序设计的认识和理解下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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面向对象设计模型
面向对象设计模型引言面向对象设计模型是软件工程中一种常用的设计方法，通过将事物抽象为对象，然后通过对象之间的交互来解决问题。
面向对象设计模型有助于构建可维护、可重用和可扩展的软件系统。
本文将介绍面向对象设计模型的基本概念，以及如何应用它来设计高质量的软件系统。
什么是面向对象设计模型面向对象设计模型是一种软件设计方法，它将事物抽象为对象，对象之间通过消息传递来进行通信和协作。
面向对象设计模型的核心概念包括封装、继承和多态。
•封装：封装是将数据和行为组合到一个对象中，并对外部隐藏对象的内部细节。
通过封装，可以将复杂的系统拆分为多个简单的对象，每个对象只需关注自身的责任和行为。
•继承：继承是一种机制，允许在现有的类基础上创建新的类，并且继承原有类的属性和方法。
通过继承，可以实现代码的复用，减少重复编写类似的代码。
•多态：多态是指同一种方法可以根据接收到的不同对象所属的类而表现出不同的行为。
通过多态，可以提高代码的灵活性和可扩展性。
面向对象设计模型的目标是创建易于理解、可重用、可扩展和可维护的软件系统。
它强调将系统分解为小而简单的对象，每个对象都有明确的职责和行为。
通过对象之间的交互，可以实现系统的功能。
面向对象设计模型的设计原则面向对象设计模型遵循一些设计原则，这些原则有助于创建高质量的软件系统。
下面介绍几个常用的设计原则：1.单一职责原则（SRP）：一个类应该只有一个责任，在软件设计中，应该将不同的职责分离到不同的类中。
这样可以提高类的内聚性和代码的可读性。
2.开放封闭原则（OCP）：软件系统的设计应该对扩展开放，对修改关闭。
这意味着通过添加新的代码来扩展系统的功能，而不是修改已有的代码。
这样可以减少系统的风险，提高可维护性。
3.里氏替换原则（LSP）：子类型必须能够替换掉它们的父类型。
这意味着在使用继承时，子类不应该破坏父类的特性和约束。
这样可以使得系统更加灵活，可扩展。
4.接口隔离原则（ISP）：使用多个专门的接口，而不是一个总接口。
面向对象的设计建模
类
对象的抽象，具有相同属性和行为的对象 集合。
继承
子类继承父类的属性和行为，实现代码复 用。
封装
将对象的属性和行为封装在一起，隐藏对 象的内部细节。
面向对象设计建模的优点
代码复用
通过继承和多态，实现代码复 用，减少重复代码。
易于维护
对象之间相对独立，便于修改 和扩展。
易于理解
面向对象的设计建模更符合人 类的思维习惯，易于理解和维 护。
交互逻辑进行组织和管理。
05 面向对象设计建模的未来 发展
AI与机器学习在面向对象设计建模中的应用
01
自动化代码生成
利用机器学习技术，自动生成符 合面向对象设计原则的代码，提 高开发效率。
02
智能代码审查
03
智能重构工具
通过机器学习算法对代码进行审 查，检测出潜在的设计问题，提 供优化建议。
利用机器学习技术，自动识别代 码中的冗余、重复部分，并提供 重构建议。
微服务架构
将系统拆分为一系列小型、独立的服务，每 个服务负责单一功能。
事件驱动架构
系统中的事件触发其他组件或服务的响应。
容器化与云原生架构
利用容器技术实现应用的快速部署和管理。
04 面向对象设计建模的案例 分析
案例一：电子商务网站的设计建模
总结词
复杂度高，涉及多个实体和交互
详细描述
电子商务网站涉及商品、用户、订单等多个 实体，以及用户浏览、购物车、支付等交互 流程，需要使用面向对象设计建模来构建复 杂的关系和功能。
强大的扩展性
通过类和接口的继承和实现， 可以方便地扩展系统功能。
面向对象设计建模的适用场景
系统复杂度高
当系统复杂度较高时，使用面向 对象设计建模可以更好地组织和 管理代码。
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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面向对象设计
三、软件类设计 （六）设计构件图 （七）设计部署图 （八）用户界面设计、数据库设计的集成
结构化方法进行应用程序体系结构设计时，重点关注的是模块本身，在讨论用OO方法进行 设计类的设计也和结构化方法一样，并没有过多地考虑用户界面的设计、数据库的设计对 设计类的影响。
面向对象设计
四、面向对象设计原则
面向对象设计
二、信息系统体系结构设计
（一）客户机/服务器体系结构
C/S系统结构是由三部分组成：服务器平台、客户机、中间件。 客户机的任务是：管理用户界面（I/O），接受用户的数据和处理请求（I），
处理应用程序（Logic），产生对数据的请求（I），向数据库服务器发请求（I）， 接受服务器返回的结果（O），以用户需要的格式输出结果（O）。
面向对象设计
三、软件类设计 （四）设计类图
设计类图的一个基本思想是将类模型层次化，形成类的类型体系结构。
用户界面类
系
统
业务/领域类
类
持久类
持久存储
面向对象设计
三、软件类设计 （五）设计包图
包（Package）是UML系统模型的基本组织元素或者说包是模型元素的组合。可以将整个 系统说明想像为含有所有系统元素的包，包括其他的包、模型 、图表和元素。每个元素 只属于一个包，一个包又可以嵌入另一个包中。
一、面向对象设计概述 （二）高层架构设计
高层构架设计的目的是开发系统的结构，它从对象设计模型中的四个部分，即问题领域 部分、人机交互部分、任务管理部分和数据管理部分入手，对应用系统的总体构架进行构 造。
面向对象设计
一、面向对象设计概述 （三）类设计
必须完成以下事情： 完整的属性集合，包括详细说明的名称、类型、可见性和一些默认值。 将分析类指定的操作转化成一个或多个方法的完整集合。在此，方法就是一个被完整 说明的、可以用源代码实现的功能。
1．单一职责原则（Single Responsibility Principle ,SRP） 2．开放-封闭原则（Open –Closed Principle, OCP） 3．Liskov替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP） 4．合成复用原则（Composite Reuse Principle, CRP） 5．依赖倒置原则（The Dependency Inversion Principle, DIP） 6．接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP） 7．迪米特法则（Law of Demeter, LoD）
面向对象设计
三、软件类设计 （一）面向对象程序的工作原理
第一个原理称为封装，其基本思想是对象封装了该对象实例所需的所有数据、对象类作 业对象的模板封装了对象的程序逻辑。
第二个原理称为信息隐蔽，面向对象方法中信息隐蔽与封装密切相关，其基本思想是 属于一个对象的数据不为系统中的其他对象所见。
面向对象设计
面向对象设计
二、信息系统体系结构设计
信息系统体系结构（Information System Architecture）是指计算机信息系统系统各个组成 部分之间的相互关系，它是硬件、软件、算法和语言的综合性概念。具体地说，就是指软 件、硬件功能分配以及界面的确定。
信息系统体系结构面向对象设计（OOD）的目标
提高生产效率 提高质量 加强可维护性
面向对象设计
三、软件类设计 （三）OOD的基本任务
OOD的任务是：在OOA模型的基础上补充某些细节详细设计；软件体系结构设计；界面设计（人机交 互部件）、数据接口设计。 OOD阶段需要建立的模型包括： 设计类图。是对类图的扩展，增加了属性和方法细节。 包图。用于标识一个完整系统的主要部分。 构件图。表示构件及其之间是如何相互关联的。 配置图。表示结点以及结点之间是如何相互关联的。结点是构件所运行的位置。
管理信息 系统
服务器和任务是：接受客户机发出的请求，处理对数据库的请求，将处理结 果传给发出请求的客户机，进行数据完整性检查，维护数据字典、索引和其他附加 数据，处理数据恢复，查询/更新的优化处理。
面向对象设计
二、信息系统体系结构设计
（二）浏览器/服务器体系结构
三层结构为：客户机、应用服务器和数据库服务器。
三层结构的优点是： 使客户端人机界面部分的程序开发工作得以简化。 中间业务逻辑层包含了大量的供客户端程序调用的业务逻辑规则，以帮助其完成业务操作。 数据服务层主要提供对数据库进行各种操作的方法。 系统的安全性得以提高。 便于进行事务管理。
管理信息 系统
面向对象设计
一、面向对象设计概述 （一）面向对象设计模型
面向对象设计的任务可用Coad 和Yourdon提出的面向对象设计模型表示，该模型由四个 部分和五个层次组成，其中四个部分是问题领域、人-机交互、任务管理和数据管理；五 个层次是主题层、对象层、结构层、属性层和服务层。
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