軟件工程面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法與法則.ppt

軟 件 工 程 第21講：面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法與法則,主講人：陽王東 Email：,主要內(nèi)容,優(yōu)先使用（對(duì)象）組合，而非（類）繼承 針對(duì)接口編程，而非（接口的）實(shí)現(xiàn) 類的封閉性原則 開放封閉法則（OCP） Liskov替換法則（LSP）,優(yōu)先使用（對(duì)象）組合，而非（類）繼承,組合 繼承 示例分析 練習(xí),組合的定義,定義 （對(duì)象）組合是一種通過創(chuàng)建一個(gè)組合了其它對(duì)象的對(duì)象，從而獲得新功能的復(fù)用方法。 將功能委托給所組合的一個(gè)對(duì)象，從而獲得新功能。 有些時(shí)候也稱之為“聚合”（aggregation）或“包容”（containment），盡管有些作者對(duì)這些術(shù)語賦予了專門的含義 兩種方式實(shí)現(xiàn) 根據(jù)引用（By reference） 根據(jù)值（By value）,組合的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 容器類僅能通過被包含對(duì)象的接口來對(duì)其進(jìn)行訪問。 “黑盒”復(fù)用，因?yàn)楸话瑢?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)外是不可見。 對(duì)裝性好。 實(shí)現(xiàn)上的相互依賴性比較小。（譯者注：被包含對(duì)象與容器對(duì)象之間的依賴關(guān)系比較少） 每一個(gè)類只專注于一項(xiàng)任務(wù)。 通過獲取指向其它的具有相同類型的對(duì)象引用，可以在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地定義（對(duì)象的）組合。 缺點(diǎn) 從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的對(duì)象過多。 為了能將多個(gè)不同的對(duì)象作為組合塊（composition block）來使用，必須仔細(xì)地對(duì)接口進(jìn)行定義。,繼承的特點(diǎn),（類）繼承是一種通過擴(kuò)展一個(gè)已有對(duì)象的實(shí)現(xiàn)，從而獲得新功能的復(fù)用方法。 泛化類（超類）可以顯式地捕獲那些公共的屬性和方法。 特殊類（子類）則通過附加屬性和方法來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展。,繼承的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 容易進(jìn)行新的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠浯蠖鄶?shù)可繼承而來。 易于修改或擴(kuò)展那些被復(fù)用的實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn) 破壞了封裝性，因?yàn)檫@會(huì)將父類的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)暴露給子類。 “白盒”復(fù)用，因?yàn)楦割惖膬?nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)于子類而言通常是可見的。 當(dāng)父類的實(shí)現(xiàn)更改時(shí)，子類也不得不會(huì)隨之更改。 從父類繼承來的實(shí)現(xiàn)將不能在運(yùn)行期間進(jìn)行改變。,規(guī)則,僅當(dāng)下列的所有標(biāo)準(zhǔn)被滿足時(shí)，方可使用繼承： 子類表達(dá)了“是一個(gè)的特殊類型”，而非“是一個(gè)由所扮演的角色”。 子類的一個(gè)實(shí)例永遠(yuǎn)不需要轉(zhuǎn)化（transmute）為其它類的一個(gè)對(duì)象。 子類是對(duì)其父類的職責(zé)（responsibility）進(jìn)行擴(kuò)展，而非重寫或廢除（nullify）。 子類沒有對(duì)那些僅作為一個(gè)工具類（utility class）的功能進(jìn)行擴(kuò)展。 對(duì)于一個(gè)位于實(shí)際的問題域（Problem Domain）的類而言，其子類特指一種角色（role），交易（transaction）或設(shè)備（device）。,示例分析,火車票售票系統(tǒng) 乘客是人所扮演的一種角色。代理人亦然。 隨著時(shí)間的發(fā)展，一個(gè)Person的子類實(shí)例可能會(huì)從Passenger轉(zhuǎn)變成Agent，再到Agent Passenger。,組合設(shè)計(jì)1,組合設(shè)計(jì)2,總結(jié),組合與繼承都是重要的重用方法 在OO開發(fā)的早期，繼承被過度地使用 隨著時(shí)間的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)先使用組合可以獲得重用性與簡(jiǎn)單性更佳的設(shè)計(jì) 當(dāng)然可以通過繼承，以擴(kuò)充（enlarge）可用的組合類集（the set of composable classes）。 因此組合與繼承可以一起工作 但是我們的基本法則是： 優(yōu)先使用對(duì)象組合，而非（類）繼承,練習(xí),設(shè)計(jì)下列類的關(guān)系 人、學(xué)生、教師 本科、研究生 大一學(xué)生、大二學(xué)生、大三學(xué)生、大四學(xué)生 講師、教授,針對(duì)接口編程，而非（接口的）實(shí)現(xiàn),接口的特征 實(shí)現(xiàn)繼承和接口繼承 接口的好處 示例分析 練習(xí),接口的特征,接口是一個(gè)對(duì)象在對(duì)其它的對(duì)象進(jìn)行調(diào)用時(shí)所知道的方法集合。 一個(gè)對(duì)象可以有多個(gè)接口（實(shí)際上，接口是對(duì)象所有方法的一個(gè)子集） 類型是對(duì)象的一個(gè)特定的接口。 不同的對(duì)象可以具有相同的類型，而且一個(gè)對(duì)象可以具有多個(gè)不同的類型。 一個(gè)對(duì)象僅能通過其接口才會(huì)被其它對(duì)象所了解。 某種意義上，接口是以一種非常局限的方式，將“是一種”表達(dá)為“一種支持該接口的”。 接口是實(shí)現(xiàn)插件化（pluggability）的關(guān)鍵 接口表示“像”（LikeA）的關(guān)系，繼承表示“是”（IsA）的關(guān)系，組合表示“有”（HasA）的關(guān)系。,實(shí)現(xiàn)繼承和接口繼承,實(shí)現(xiàn)繼承（類繼承）：一個(gè)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)是根據(jù)另一個(gè)對(duì)象的實(shí)現(xiàn)來定義的。 接口繼承（子類型化）：描述了一個(gè)對(duì)象可在什么時(shí)候被用來替代另一個(gè)對(duì)象。 C+的繼承機(jī)制既指類繼承，又指接口繼承。 C+通過繼承純虛類來實(shí)現(xiàn)接口繼承。 Java對(duì)接口繼承具有單獨(dú)的語言構(gòu)造方式Java接口。 Java接口構(gòu)造方式更加易于表達(dá)和實(shí)現(xiàn)那些專注于對(duì)象接口的設(shè)計(jì)。,接口的好處,優(yōu)點(diǎn) Client不必知道其使用對(duì)象的具體所屬類。 一個(gè)對(duì)象可以很容易地被（實(shí)現(xiàn)了相同接口的）的另一個(gè)對(duì)象所替換。 對(duì)象間的連接不必硬綁定（hardwire）到一個(gè)具體類的對(duì)象上，因此增加了靈活性。 松散藕合（loosens coupling）。 增加了重用的可能性。 提高了（對(duì)象）組合的機(jī)率，因?yàn)楸话瑢?duì)象可以是任何實(shí)現(xiàn)了一個(gè)指定接口的類。 缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性略有增加,接口定義,抽象的交通工具的定義,接口實(shí)現(xiàn),練習(xí),畫圖類的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)畫圖功能 可以畫線、圓、長(zhǎng)方形、正方形、三角形等。,類的封閉性原則,完備性。一個(gè)類要完成一個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)過程，該類的內(nèi)部應(yīng)該定義了這個(gè)業(yè)務(wù)的整個(gè)過程，盡量不要在這個(gè)類定義了一些過程，而在另一個(gè)類中又定義了另外一些過程。 透明性。一個(gè)類要提供一項(xiàng)功能給其他的類復(fù)用，該項(xiàng)功能對(duì)其使用者是透明的，不但是在實(shí)現(xiàn)上是透明的，而且在使用上也是透明的。,封閉性原則在類繼承中運(yùn)用,類的繼承形式 直接繼承父類的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)用 調(diào)用父類的方法構(gòu)成自己的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)用 通過抽象方法來實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的復(fù)用,直接繼承父類的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)用,public class Vechile protected void roll() /滾動(dòng)的實(shí)現(xiàn)代碼 public class Car extends Vechile public void driver() Car bmw=new Car(); bmw.driver(); bmw.roll();,最終調(diào)用者需要知道開動(dòng)汽車的所有操作方法,調(diào)用父類的方法構(gòu)成自己的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)用,public class Car public void go() /實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能代碼 roll();/調(diào)用父類的輪子滾動(dòng)方法 Car bmw=new Car(); bmw.go();,最終調(diào)用者只需知道一個(gè)開動(dòng)汽車的方法,子類中需要知道汽車開動(dòng)的操作流程,通過抽象方法來實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的復(fù)用,public class abstract Vechile private void roll /實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)功能 /抽象的驅(qū)動(dòng)方法 protected abstract void drive(); /車輛的行駛邏輯方法 public void go() /驅(qū)動(dòng) drive(); /滾動(dòng) roll(); ,汽車的開動(dòng)過程在這里完全定義，符合完備性原則,public class Car extends Vechile /實(shí)現(xiàn)父類的抽象的驅(qū)動(dòng)方法 public void drive() /具體特有的驅(qū)動(dòng)功能代碼 Vechile vechiletest = new Car(); /調(diào)用車輛行駛功能 vechiletest.go();,子類只需要做自己的驅(qū)動(dòng)就行了,開放封閉法則（OCP）,開放-封閉法則認(rèn)為我們應(yīng)該試圖去設(shè)計(jì)出永遠(yuǎn)也不需要改變的模塊。 我們可以添加新代碼來擴(kuò)展系統(tǒng)的行為。我們不能對(duì)已有的代碼進(jìn)行修改。 符合OCP的模塊需滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)： 可擴(kuò)展，即“對(duì)擴(kuò)展是開放的”（Open For Extension）模塊的行為可以被擴(kuò)展，以需要滿足新的需求。 不可更改，即“對(duì)更改是封閉的”（Closed for Modification）模塊的源代碼是不允許進(jìn)行改動(dòng)的。,OCP示例,設(shè)計(jì)要求 Purchase類的calculate方法要求在制訂的部件數(shù)組中計(jì)算各個(gè)部件價(jià)格的總和。 部件有顯示器、CPU、內(nèi)存、主板、硬盤、光驅(qū)、機(jī)箱、鍵盤、鼠標(biāo)等 初步設(shè)計(jì) 定義一個(gè)基類Part表示部件，所有具體部件都從Part繼承下來的子類 Part的定義為：,計(jì)算總價(jià)的實(shí)現(xiàn),但是在計(jì)算總價(jià)格時(shí)，若財(cái)務(wù)部頒布主板和內(nèi)存應(yīng)使用額外費(fèi)用,改進(jìn)方案1,子類重載父類的方法：每當(dāng)計(jì)價(jià)策略發(fā)生改變，我們就修改Part的每個(gè)子類！,改進(jìn)的方案2,采用一個(gè)PricePolicy類，通過對(duì)其進(jìn)行繼承以提供不同的計(jì)價(jià)策略,改進(jìn)部件類,練習(xí),計(jì)算住房按揭