面向对象设计
面向对象设计的基本概念
面向对象设计的基本概念面向对象设计的基本概念，听起来好像很高深、很复杂的样子，但其实啊，它和我们平时生活中的很多事儿是一样的——它也是为了让复杂的事变得简单、清晰。
就像你平时整理房间，不可能把所有东西随便堆一堆对吧？你会分门别类，把衣服、书籍、零散的杂物各自放好，这样一来，你找到需要的东西时就不用乱翻一通。
面向对象设计也是这么一回事，它就是把程序里的“东西”都分类、整理好，方便你以后使用、管理，甚至以后扩展都不愁。
什么是“面向对象”呢？简单来说，面向对象就像是我们生活中的“角色”扮演。
你可以把程序里的“对象”想象成生活中的人，或者说是事物。
比如，手机就是一个对象，它有屏幕、触摸功能、相机这些属性，也能发短信、打电话、拍照，这些就是它的行为。
这就跟我们人类一样，人人都有自己的特点和做事的方式。
你说，你不可能随便找个人让他做事，每个人的特长不同，做起事来也各有千秋。
面向对象设计就是让这些“对象”按照自己的职责来工作，别干别人的活，大家都在自己的岗位上“发挥特长”，这样整个系统才能高效运转。
你可能会问了，这样有什么好处？大伙儿都是按部就班、各自负责，合起来不就把事情做得更快更好了吗？对！就是这个道理。
比如你写一个程序，涉及到用户管理、订单处理、商品展示等等。
你不能让一个功能去做别的功能的工作，那样代码就乱了、出问题也不好排查。
每个“对象”按照自己擅长的事情来做事，出了问题也容易追溯，大家各司其职，一目了然。
就像你请一个会做饭的厨师、一个会设计的网站开发者，一个会开车的司机，每个人都在自己的“岗位”上高效工作。
你会发现，面向对象设计不光是为了避免混乱，还是为了能让程序更容易维护。
程序嘛，随着时间的推移，谁都知道，需求会变、环境会变，原来那套做法可能就不管用了。
可是，如果你把程序写成一个个独立的“对象”，那修改某个部分时，就不会影响到其他部分。
就像你买了一个手机壳，想换个颜色，没必要把整个手机拆了，直接换掉外壳就行。
面向对象设计模式
面向对象设计模式面向对象设计模式是一种软件设计的方法论，它将程序的不同部分以对象的形式进行组织和交互。
设计模式提供了一种经过实践验证的解决方案，旨在解决常见的软件设计问题。
在面向对象设计模式中，对象是核心概念，它们具有状态（属性）和行为（方法），并且通过消息传递进行相互通信。
面向对象设计模式可以分为三个主要类别：创建型模式、结构型模式和行为模式。
每个分类又包含了一系列具体的设计模式，下面将介绍一些常见的设计模式。
一、创建型模式1. 单例模式（Singleton Pattern）：保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
2. 工厂模式（Factory Pattern）：定义一个创建对象的接口，由子类自己决定实例化哪个类。
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个接口用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体实现类。
4. 建造者模式（Builder Pattern）：将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
二、结构型模式1. 适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。
2. 装饰器模式（Decorator Pattern）：动态地给一个对象添加一些额外的职责。
3. 外观模式（Facade Pattern）：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。
4. 组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。
三、行为模式1. 策略模式（Strategy Pattern）：定义一系列算法，将它们封装起来，并使它们可以相互替换。
2. 观察者模式（Observer Pattern）：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都得到通知并自动更新。
3. 迭代器模式（Iterator Pattern）：提供一种方法顺序访问一个容器对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。
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。
什么是面向对象程序设计
什么是面向对象程序设计面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种编程范式，它使用“对象”来设计软件。
对象可以包含数据和代码，能够以一种直观和模块化的方式组织程序。
面向对象程序设计的核心概念包括类（Class）、对象（Object）、封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）。
类与对象类是创建对象的蓝图或模板，它定义了对象的属性（数据）和方法（行为）。
对象是根据类创建的具体实例，每个对象都有其自己的状态和行为。
封装封装是将对象的实现细节隐藏起来，只暴露出一个可以被外界访问的接口。
这样做的好处是增加了代码的安全性和易于维护性，因为对象的内部状态不能被外部代码直接访问或修改。
继承继承允许新创建的类（子类）继承现有类（父类）的属性和方法。
这使得代码重用成为可能，并且可以创建层次结构，其中子类可以扩展或修改父类的行为。
多态多态是指允许不同类的对象对同一消息做出响应，但具体的行为会根据对象的实际类型而有所不同。
这通常是通过方法重载（Overloading）和方法重写（Overriding）来实现的。
面向对象的优点1. 代码重用：通过继承和多态，可以减少代码的重复编写。
2. 模块化：每个对象都是自包含的，这有助于模块化设计。
3. 易于维护：封装使得修改一个对象的内部实现不会影响使用该对象的其他部分。
4. 易于扩展：继承允许在不修改现有代码的情况下扩展功能。
5. 提高可读性：面向对象的代码通常更接近自然语言，因此更容易理解。
面向对象的缺点1. 性能开销：面向对象的程序可能比过程式代码运行得慢，因为需要更多的内存和处理时间来管理对象。
2. 设计复杂性：对于简单的问题，面向对象的设计可能会过于复杂。
3. 过度设计：有时开发者可能会过度使用面向对象的特性，导致设计过于复杂，难以理解和维护。
面向对象的实现面向对象程序设计可以在多种编程语言中实现，包括但不限于Java、C++、Python、C#等。
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。
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一般—特殊结构的深度应适当
– 应该使类等级中包含的层次数适当。
设计简单的类
– 尽量设计小而简单的类，便于开发管理。
1. 避免包含过多的属性 2. 有明确的定义
3. 尽量简化对象之间的合作关系
4. 不要提供太多服务（保持适当内聚的基础上）
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• 使用简单的协议
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减少对象发送(或接收)的消息数。
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2. 继承耦合
•
提高继承耦合程度。继承是一般类与特殊类耦 合的形式。通过继承关系结合起来的基类和派 生类，构成系统中粒度更大的模块。
为获得紧密的继承耦合，逻辑上应该存在 “ISA”的关系。（过度继承）
•
•
在设计时应该使特殊类尽量多继承并使用其一 般化类的属性和服务，从而更紧密地耦合到其 一般化类。
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•
强内聚
– – 一个服务应该完成一个且仅完成一个功能。 设计类的原则是，一个类应该只有一个用途，类的 属性和服务应该都是完成该类对象的任务必需的。
1. 服务内聚
2. 类内聚
–
如果某个类有多个用途，通常应该把它分解成多个 专用的类。 这种结构应该是对相应的领域知识的正确抽取。
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• 尽管分析和设计的定义有明显区别，但是在实际的软
件开发过程中二者的界限是模糊的。
• 许多分析结果可以直接映射成设计结果，而在设计过 程中又往往会加深和补充对系统需求的理解，从而进 一步完善分析结果。 • 因此，分析和设计活动是一个多次反复迭代的过程。
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• 调整需求（必要时）
• 重用已有的类（继承、组合）
• 组合业务类
– 通过引入一个根类而把问题域类组合在一起。 组合优于继承？！
• 增添一般化类以建立协议 • 调整继承层次
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Refactoring is the process of changing a software system in such a way that it does not alter the external behavior of the code yet improves its internal structure.
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1. 层次组织
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2. 块状组织（主题）
– 把软件系统垂直地分解成若干个相对独立的、弱
耦合的子系统，一个子系统相当于一块，每块提
供一种类型的服务。
• •
设计系统的拓扑结构 由子系统组成完整的系统时，典型的拓扑结 构有管道型、树型、星型等。应采用与问题 结构相适应的、尽可能简单的拓扑结构，以 减少子系统之间的交互数量。
• 面向对象开发活动的平滑(无缝)过渡，使得领域专家
和开发人员能够比较容易地跟踪整个系统开发过程。
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• 面向对象设计细分为系统设计和对象设计。 • 系统设计确定实现系统的策略和目标系统 的高层结构。 （架构设计） • 对象设计确定解空间中的类、关联、接口
形式及实现服务的算法。
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5. 无须记忆
–
–
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6. 易学
– 人机交互界面应该易学易用，提供联机参考
资料，以便用户遇到困难时可随时参阅。
7. 富有吸引力
– 人机交互界面不仅应该方便、高效，还应该 使人在使用时感到心情愉快，能够从中获得 乐趣，从而吸引人去使用它。
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11.7 设计任务管理子系统
• 分析并发性
• 通过面向对象分析建立起来的动态模型，是
分析并发性的主要依据。
• 如两个对象彼此间不存在交互，或同时接受 事件，则这两个对象在本质上是并发的。
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•
设计任务管理子系统
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3. 精化命令层次
• 次序：仔细选择每个服务的名字，并在命令层 的每一部分内把服务排好次序。排序时或者把 最常用的服务放在最前面，或者按照用户习惯 的工作步骤排序。 • 整体—部分关系：寻找在这些服务中存在的整
体—部分模式，这样做有助于在命令层中分组
组织服务。
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•
• • •
模块化
抽象 信息隐藏 弱耦合
1. 交互耦合
•
如果对象之间的耦合通过消息连接来实现，则 这种耦合就是交互耦合。为使交互耦合尽可能 松散，应该遵守下述准则。
– 尽量降低消息连接的复杂程度。应该尽量减少消息 中包含的参数个数，降低参数的复杂程度。
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•
•
组织系统的两种方案
把子系统组织成完整的系统时，有水平层次组织 和垂直块组织两种方案可供选择。
– – – – 把软件系统组织成层次系统，每层是一个子系统。 上层在下层的基础上建立，下层为实现上层功能而提 供必要的服务。 每一层内所包含的对象，彼此间相互独立，而处于不 同层次上的对象，彼此间往往有关联。 在上、下层之间存在客户—供应商关系。低层子系统 提供服务，相当于供应商，上层子系统使用下层提供 的服务，相当于客户。
• 11.11 设计优化
• 11.12 小结
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11.1 面向对象设计的准则
• 所谓优秀设计，就是权衡了各种因素，从
而使得系统在其整个生命周期中的总开销
最小的设计。
• 对大多数软件系统而言，60%以上的软件
费用都用于软件维护，因此，优秀软件设
计的一个主要特点就是容易维护。
理想的设计变动情况
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11.4 系统分解
• 大多数系统的面向对象设计模型，在逻辑上都由 四大部分组成。分别是问题域子系统，人-机交互 子系统、任务管理子系统和数据管理子系统。 • 这四个子系统如果重要程度和规模过大，在设计
过程中应该进一步划分成更小的子系统，规模过
3. 一般—特殊内聚
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• 可重用（避免重复开发） • 软件重用是提高软件开发生产率和目标系统质 量的重要途径。重用基本上从设计阶段开始。 • 重用有两方面的含义：
– 尽量使用已有的类(包括开发环境提供的类库，及 以往开发类似系统时创建的类)，
– 如果确实需要创建新类，则在设计这些新类的协议
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•
宽度和深度：由于人的短期记忆能力有限，命
令层次的宽度和深度都不应该过大。
• 操作步骤：应该用尽量少的单击、拖动和击键 组合来表达命令，而且应该为高级用户提供简 捷的操作方法。
4. 设计人机交互类
– 人机交互类与所使用的操作系统及编程语 言密切相关。MFC, Swing etc.
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• 11.1 面向对象设计的准则
• 11.2 启发规则
• 11.3 软件重用
• 11.4 系统分解 • 11.5 设计问题域子系统 • 11.6 设计人-机交互子系统 • 11.7 设计任务管理子系统
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• 11.8 设计数据管理子系统 • 11.9 设计类中的服务 • 11.10 设计关联
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2. 描述用户
• 应仔细了解将来使用系统的每类用户的情况，
把获得的下列各项信息记录下来。
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用户类型 使用系统欲达到的目的 特征(年龄、性别、受教育程度、限制因素等) 关键的成功因素(需求、爱好、习惯等) 技能水平 完成本职工作的脚本
时，应该考虑将来的可重复使用性。
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11.2 启发规则
• 设计结果应该清晰易懂
•
提高软件可维护性和可重用性重要措施。
1. 用词一致 2. 使用已有的协议（重载） 3. 减少消息模式的数目 4. 避免模糊的定义
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该提供“撤消(undo)”命令，以便用户及时撤消错误 动作，消除错误动作造成的后果。 不应该要求用户记住在某个窗口中显示的信息，然后 再用到另一个窗口中，这是软件系统的责任而不是用 户的任务。 用户在使用系统时用于思考人-机交互方法所花费的时 间减至最少，而用于做实际想做的工作所用的时间达 到最大值。 更理想的情况，人机交互界面能够增强用户的能力。
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3. 设计命令层次
• 设计命令层次：
1. 现有人机交互习惯（Windows系统）
2. 确定初始的命令层次（命令安排）
•
•
所谓命令层次，实质上是用过程抽象机制组织起 来的、可供选用的服务的表示形式。
设计命令层次时，通常先从对服务的过程抽象着
手，然后再进一步修改它们，以适合具体应用环 境的需要。
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