【大學(xué)課件】面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法是一種用于軟件開發(fā)的強(qiáng)大工具，它幫助我們構(gòu)建可維護(hù)、可擴(kuò)展和可復(fù)用的系統(tǒng)。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)簡介抽象從具體事物中抽取出共同的、本質(zhì)性的特征，形成抽象概念，用以描述事物的共性。封裝將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法結(jié)合在一起，形成一個獨(dú)立的實(shí)體，并隱藏內(nèi)部細(xì)節(jié)，對外提供統(tǒng)一的接口。繼承允許一個類從另一個類繼承屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，促進(jìn)代碼的擴(kuò)展和維護(hù)。多態(tài)指同一個操作在不同對象上表現(xiàn)出不同的行為，提高了程序的靈活性和可擴(kuò)展性。類和對象類類是對象的藍(lán)圖，定義了對象的屬性和行為。對象對象是類的實(shí)例，擁有類的屬性和行為，是面向?qū)ο缶幊讨械幕締卧?。類的定義與組成概念類是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的核心概念，它是一個抽象的數(shù)據(jù)類型，描述了一組對象的共同屬性和行為。屬性類的屬性是類所擁有的數(shù)據(jù)成員，用于描述對象的特征。方法類的方法是類所擁有的函數(shù)成員，用于描述對象的行為和操作。對象及其屬性和行為屬性對象的狀態(tài)，比如顏色、尺寸、位置等。這些屬性可以是基本數(shù)據(jù)類型，比如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串等，也可以是自定義的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型。行為對象可以執(zhí)行的動作，比如移動、旋轉(zhuǎn)、計(jì)算等。行為通常用方法來實(shí)現(xiàn)，方法可以訪問對象的屬性，并執(zhí)行操作。封裝與數(shù)據(jù)抽象1隱藏內(nèi)部細(xì)節(jié)封裝將數(shù)據(jù)和操作隱藏在對象內(nèi)部，只暴露必要的接口。2提高代碼可維護(hù)性封裝使代碼更容易理解、修改和擴(kuò)展，而不影響其他部分。3數(shù)據(jù)抽象抽象隱藏對象的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，提供簡潔的外部視圖。繼承與多態(tài)繼承繼承是一種創(chuàng)建新類（子類）的方式，它繼承了已有類（父類）的屬性和方法。多態(tài)多態(tài)性允許對象以不同的方式響應(yīng)相同的消息，例如，在不同子類中實(shí)現(xiàn)相同的方法，但執(zhí)行不同的邏輯。繼承的概念與實(shí)現(xiàn)1概念繼承是一種機(jī)制，允許創(chuàng)建新類（子類），它們繼承了現(xiàn)有類（父類）的屬性和行為。子類可以擴(kuò)展或修改父類的功能，從而實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和層次化結(jié)構(gòu)。2實(shí)現(xiàn)使用關(guān)鍵字"extends"來聲明繼承關(guān)系，子類可以訪問父類的公開成員，并可以添加自己的成員。通過繼承，子類可以復(fù)用父類的代碼，提高開發(fā)效率。多態(tài)性的概念與實(shí)現(xiàn)1不同對象,不同行為同一個方法,不同對象調(diào)用,產(chǎn)生不同的結(jié)果2代碼復(fù)用,簡化設(shè)計(jì)通過接口或基類,實(shí)現(xiàn)代碼的靈活性和可擴(kuò)展性3提高可維護(hù)性代碼結(jié)構(gòu)清晰,易于理解和修改類之間的關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系表示類之間的一種弱關(guān)系，例如一個學(xué)生可以借閱多本書籍，而一本書籍也可以被多個學(xué)生借閱。聚合關(guān)系表示類之間的一種“整體-部分”關(guān)系，但部分可以獨(dú)立存在，例如汽車和輪胎，輪胎可以存在于汽車之外。組合關(guān)系也是一種“整體-部分”關(guān)系，但部分不能獨(dú)立存在，例如人與心臟，心臟不能脫離人而存在。依賴關(guān)系表示類之間的一種使用關(guān)系，一個類需要使用另一個類的方法或?qū)傩裕缫粋€程序需要使用數(shù)據(jù)庫連接類來連接數(shù)據(jù)庫。關(guān)聯(lián)關(guān)系表示類之間的簡單聯(lián)系一個類對象可以調(diào)用另一個類對象的方法。體現(xiàn)的是“知道”關(guān)系類A知道類B，但是類B不知道類A。使用虛線箭頭表示箭頭指向被關(guān)聯(lián)的類。聚合關(guān)系弱關(guān)聯(lián)聚合關(guān)系表示一種“擁有”關(guān)系，但“擁有”者和“被擁有”者之間是弱關(guān)聯(lián)的，擁有者不負(fù)責(zé)被擁有者的生命周期。例如，大學(xué)與學(xué)生。可分離聚合關(guān)系中的“被擁有”者可以脫離“擁有者”獨(dú)立存在，例如圖書館與書籍。組合關(guān)系整體與部分組合關(guān)系表示整體與部分之間的關(guān)系。部分的生命周期依賴于整體，部分不能獨(dú)立存在。強(qiáng)依賴整體擁有部分，整體負(fù)責(zé)創(chuàng)建和銷毀部分。部分的生命周期由整體控制。舉例例如，汽車和發(fā)動機(jī)之間的關(guān)系。發(fā)動機(jī)是汽車的一部分，它不能獨(dú)立存在，汽車負(fù)責(zé)創(chuàng)建和銷毀發(fā)動機(jī)。依賴關(guān)系使用關(guān)系一個類使用另一個類的成員方法或?qū)傩裕怀钟辛硪粋€類的實(shí)例。臨時(shí)性依賴關(guān)系是比較弱的關(guān)系，體現(xiàn)為方法參數(shù)、局部變量等形式。代碼耦合依賴關(guān)系會導(dǎo)致代碼耦合，需謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，避免過度依賴。設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模式是軟件開發(fā)中反復(fù)出現(xiàn)的問題的解決方案。它們提供可重用的代碼結(jié)構(gòu)和最佳實(shí)踐，有助于創(chuàng)建靈活、可維護(hù)和可擴(kuò)展的代碼。設(shè)計(jì)模式的概念與分類定義設(shè)計(jì)模式是軟件設(shè)計(jì)中反復(fù)出現(xiàn)的問題的解決方案。它們提供經(jīng)過驗(yàn)證的最佳實(shí)踐，用于構(gòu)建靈活、可維護(hù)和可擴(kuò)展的軟件。分類設(shè)計(jì)模式通常分為三大類：創(chuàng)建型模式、結(jié)構(gòu)型模式和行為型模式。常見設(shè)計(jì)模式解析工廠模式創(chuàng)建對象的最佳實(shí)踐，隱藏創(chuàng)建邏輯，提高代碼靈活性。單例模式確保一個類只有一個實(shí)例，并提供一個全局訪問點(diǎn)。裝飾器模式動態(tài)地添加額外的功能到對象，保持原有對象不變。創(chuàng)建型模式抽象工廠模式提供一個創(chuàng)建一系列相關(guān)或依賴對象的接口，而無需指定具體類。建造者模式將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建與其表示分離，使得同一個構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。工廠方法模式定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪個類。工廠方法使一個類的實(shí)例化延遲到子類。原型模式使用原型實(shí)例指定創(chuàng)建對象的種類，并且通過復(fù)制這些原型創(chuàng)建新的對象。結(jié)構(gòu)型模式將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的類可以一起工作。將抽象部分與它的實(shí)現(xiàn)部分分離，使它們可以獨(dú)立變化。Bridge模式可以將抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分分別獨(dú)立變化。將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。Composite模式可以讓你對單個對象和組合對象進(jìn)行一致的處理。行為型模式1責(zé)任鏈模式將請求沿著處理者鏈傳遞，直到某個處理者能夠處理它。2命令模式將請求封裝成對象，以便使用不同的請求、隊(duì)列或日志記錄來參數(shù)化客戶。3解釋器模式定義語言的語法，并提供解釋器來解析該語言的句子。4迭代器模式提供一種方法順序訪問聚合對象中的元素，而不暴露該對象的內(nèi)部表示。面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)(OOAD)是軟件開發(fā)中的一種方法，它將系統(tǒng)分解成相互關(guān)聯(lián)的對象，并以對象為中心進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。分析OOAD首先通過分析用戶的需求和業(yè)務(wù)邏輯，將系統(tǒng)分解成不同的對象，并定義每個對象的屬性和行為。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)階段將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的代碼實(shí)現(xiàn)，并考慮系統(tǒng)的架構(gòu)、模塊劃分和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面。對象建模技術(shù)1抽象從現(xiàn)實(shí)世界中識別出關(guān)鍵的對象，并提取其屬性和行為。2封裝將對象的屬性和行為隱藏在對象內(nèi)部，僅暴露必要的接口。3繼承通過繼承，創(chuàng)建新的對象類型，并復(fù)用現(xiàn)有對象的屬性和行為。4多態(tài)同一個操作在不同的對象上表現(xiàn)出不同的行為，實(shí)現(xiàn)代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。UML建模語言統(tǒng)一建模語言UML是一種用于可視化、指定、構(gòu)建和文檔化軟件密集系統(tǒng)的圖形化語言。標(biāo)準(zhǔn)化建模工具UML為面向?qū)ο筌浖_發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)化建模符號和方法，方便團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作和理解。多種圖形表示UML提供了一套圖形符號，用于描述軟件系統(tǒng)的各個方面，包括類、對象、關(guān)系、行為等。用例建模1定義參與者識別與系統(tǒng)交互的用戶或外部實(shí)體。2確定用例描述系統(tǒng)提供的特定功能或服務(wù)。3建立關(guān)系展現(xiàn)參與者與用例之間的交互關(guān)系。靜態(tài)建模1類圖展示系統(tǒng)中的類以及它們之間的關(guān)系2對象圖展示系統(tǒng)中特定時(shí)刻的對象以及它們之間的關(guān)系3組件圖展示系統(tǒng)中的組件以及它們之間的關(guān)系靜態(tài)建模專注于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，不考慮時(shí)間因素。它為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，包括類、對象、組件以及它們之間的關(guān)系。動態(tài)建模1行為對象之間交互2狀態(tài)對象狀態(tài)變化3時(shí)序事件序列交互建模順序圖描述對象之間交互的時(shí)間順序，展示消息傳遞過程。協(xié)作圖展現(xiàn)對象之間交互關(guān)系，側(cè)重于對象之間的連接和交互點(diǎn)。狀態(tài)圖描述對象在不同狀態(tài)下的行為變化，展現(xiàn)對象生命周期。面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則為了實(shí)現(xiàn)可復(fù)用、可擴(kuò)展、易維護(hù)的軟件，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)遵循一些重要的原則。1單一職責(zé)原則每個類只負(fù)責(zé)一個功能。2開閉原則對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。3里氏替換原則子類可以替換父類。單一職責(zé)原則清晰易懂每個類或模塊只專注于一個職責(zé)，代碼更易于理解和維護(hù)。提高可復(fù)用性單一職責(zé)的類或模塊更容易被其他部分復(fù)用，提升代碼效率。降低風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)修改一個類或模塊時(shí)，不會影響其他功能，降低代碼修改風(fēng)險(xiǎn)。開閉原則對擴(kuò)展開放系統(tǒng)應(yīng)該易于擴(kuò)展，添加新功能或修改現(xiàn)有功能無需修改原有代碼。對修改關(guān)閉系統(tǒng)在擴(kuò)展時(shí)，不應(yīng)修改原有代碼，而是通過添加新代碼來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。里氏替換原則子類可替換父類子類對象可以替換父類對象，不影響程序的正常運(yùn)行。繼承和多態(tài)該原則與繼承和多態(tài)息息相關(guān)，是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中重要的原則之一。代碼可維護(hù)性確保代碼可維護(hù)性和可