软件工程课件ch6面向对象基础

软件工程课件-CH6面向对象基础面向对象概述面向对象的基本概念面向对象编程语言基础面向对象设计原则面向对象设计模式面向对象案例分析面向对象概述01面向对象是一种编程范式，它以对象为中心，将数据和操作封装在一起，通过对象之间的交互来实现软件功能。对象是面向对象的基本单元，具有明确定义的接口和状态。什么是面向对象封装01封装是将数据和操作数据的函数绑定在一起，形成对象。封装提供了一种机制，使得代码和数据可以组合在一起，形成一个独立的实体，对外隐藏其内部实现细节。继承02继承是一种机制，子类可以继承父类的属性和方法。通过继承，子类可以重用父类的代码，并且可以扩展或修改父类的行为。多态03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。多态使得程序具有更好的可扩展性和灵活性。面向对象的特点面向对象的历史与发展面向对象编程的思想起源于20世纪60年代，最早的面向对象编程语言是Smalltalk。随着计算机技术的不断发展，面向对象编程逐渐成为主流的编程范式，被广泛应用于各种软件开发领域。面向对象编程具有强大的概念和工具集，使得软件更加模块化、可维护和可扩展。面向对象的基本概念02类是对象的抽象，定义了对象的属性和方法。它是对具有相同属性和行为的对象的抽象。对象是类的实例，具有类定义的属性和方法。每个对象都有其独特的属性值。类与对象对象（Object）类（Class）封装是面向对象编程的一个重要原则，它隐藏对象的内部状态并防止外部直接访问。通过封装，对象的属性和方法被捆绑在一起，形成一个独立的实体。封装（Encapsulation）封装有助于实现信息隐藏，即隐藏对象的内部实现细节，只暴露必要的接口给外部。这有助于保护对象的状态，并提高代码的可维护性和安全性。信息隐藏（InformationHiding）封装继承（Inheritance）继承是从已有的类派生出一个新类的过程。新类继承了父类的属性和方法，并且可以添加或覆盖父类的行为。这有助于代码的重用和实现层次化的类结构。多态（Polymorphism）多态是指允许使用父类类型的引用指向子类对象，并在运行时确定实际调用的方法或属性。这增加了代码的灵活性和可扩展性，使得子类可以以统一的方式与父类交互，而无需修改调用代码。继承多态在同一个类中，可以定义多个同名方法，只要它们的参数列表不同即可。这使得我们可以根据传递的参数类型和数量来决定实际执行的方法。方法重载（MethodOverloading）子类可以定义一个与父类同名的方法，当使用父类类型的引用指向子类对象时，将调用子类的方法，而不是父类的方法。这允许子类定制自己的行为，以适应特定的需求。方法重写（MethodOverriding）面向对象编程语言基础03类的定义类是对象的抽象，它描述了一组具有相同属性和方法的对象的共同特征。在编程中，通过使用类来创建具有相似属性和行为的对象。类的实现在面向对象编程语言中，类是通过代码实现的。通常在编程语言中，使用关键字如“class”来声明一个类，并在其中定义属性和方法。类的定义与实现对象的创建与使用对象的创建对象是类的实例，通过使用类创建的实例称为对象。在面向对象编程中，对象的创建通常通过使用关键字如“new”来实现。对象的使用创建对象后，可以通过对象访问其属性并调用其方法。对象的使用允许程序以更加灵活和可扩展的方式组织代码。继承是面向对象编程中的一个重要概念，它允许一个类继承另一个类的属性和方法。通过继承，子类可以继承父类的所有属性和方法，并可以添加或覆盖它们。继承的概念在编程语言中，继承的实现方式因语言而异。通常使用特定的语法结构来实现继承，例如在Java中使用“extends”关键字，在C中使用冒号操作符等。继承的实现继承的实现方式多态的概念多态是面向对象编程的另一个重要概念，它允许一个接口被多个不同的对象实现。多态允许程序在运行时确定对象的实际类型，并根据该类型调用相应的方法。多态的实现多态的实现通常涉及方法重载和虚函数。方法重载是指在同一个类中定义多个同名方法，但参数列表不同。虚函数是指在基类中声明为虚函数的方法，可以在派生类中被重写。通过使用虚函数和多态机制，可以实现运行时类型的动态绑定和方法的动态调用。多态的编程实现面向对象设计原则04定义一个类应该只有一个职责，即只负责一项功能或业务逻辑。目的提高类的内聚性和可维护性，降低类之间的耦合度。示例一个“用户管理”类只负责用户相关的增删改查操作，而不应该包含其他不相关的功能。单一职责原则软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改封闭。即软件实体应该通过扩展来增加功能，而不是通过修改已有的代码来实现功能变化。定义提高软件的可维护性和可复用性。目的通过继承和多态来实现新功能的扩展，而不是直接修改原有的代码。示例开闭原则如果一个软件实体使用的是一个基类的话，那么它也应该适用于其子类。定义确保软件实体在使用基类时不会出现意外情况，同时保证软件实体的正确性和可靠性。目的如果一个方法接受一个父类作为参数，那么它也应该能够接受任何子类作为参数。示例里氏替换原则

依赖倒置原则定义高层模块不应该依赖于低层模块，它们都应该依赖于抽象；抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。目的降低类之间的耦合度，提高系统的可扩展性和可维护性。示例通过接口或抽象类来实现依赖倒置，而不是直接依赖于具体类。客户端不应该强制依赖于它不使用的接口。定义降低类之间的耦合度，提高系统的灵活性和可维护性。目的将大接口拆分成小接口，每个接口只提供客户端需要的方法，从而降低接口之间的耦合度。示例接口隔离原则面向对象设计模式05实现方式通过私有静态变量保存唯一实例，并提供一个公共静态方法来获取该实例。定义确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。适用场景需要严格控制某个类的实例数量的情况，例如日志记录器、数据库连接池等。优点可以保证系统中不会出现重复实例，方便统一管理和控制。缺点如果单例类被加载多次，会出现多个实例。单例模式工厂模式实现方式定义一个工厂类，该类包含用于创建对象的静态方法。根据传入参数的不同，返回不同类型的对象实例。适用场景需要创建对象的情况，且需要根据不同的条件创建不同的对象。定义提供一个创建对象的最佳方式。优点可以避免直接使用new关键字创建对象，提高代码的灵活性和可维护性。缺点如果需要创建的对象种类过多，会造成工厂类过于庞大和复杂。定义定义对象之间的一对多依赖关系，当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象都会收到通知并自动更新。需要实现事件驱动机制的场景，如窗口系统中按钮点击事件等。定义一个抽象观察者接口和具体观察者类，以及一个抽象主题接口和具体主题类。主题类维护一个观察者列表，并在状态发生改变时通知所有观察者更新。可以实现当一个对象状态发生变化时，相关依赖对象自动更新，降低耦合度。如果需要观察的主题和观察者之间的关系比较复杂，会造成代码结构复杂和难以维护。适用场景优点缺点实现方式观察者模式0102定义定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换。适用场景需要在运行时根据需要选择算法的情况，如支付方式选择、缓存策略选择等。实现方式定义一个抽象策略接口和具体策略类，以及一个上下文类。上下文类维护一个策略引用，可以在运行时根据需要更换不同的策略对象。优点可以避免使用条件语句来选择算法，使代码更加简洁和易维护。缺点如果算法种类过多，会造成策略接口和具体策略类数量庞大，增加维护成本。030405策略模式面向对象案例分析06需求分析学生信息管理系统需要管理学生信息，包括姓名、学号、成绩等。系统需要提供添加、查询、修改和删除学生信息的功能。方法设计学生类有添加、查询、修改和删除学生信息的方法；管理员类有登录、退出、添加学生信息和修改学生信息的方法；系统类有初始化系统、关闭系统等方法。测试与实现通过单元测试和集成测试，确保系统的稳定性和功能性。实现过程中需注意异常处理和数据安全。案例一：学生信息管理系统中的面向对象设计案例二：电商系统中的面向对象设计需求分析：电商系统需要管理商品信息、用户信息和订单信息。系统需要提供商品展示、用户登录、购物车管理、订单生成等功能。类设计：根据需求分析，可以设计商品类、用户类、购物车类和订单类。商品类包含商品基本信息；用户类包含用户登录信息和购物车信息；购物车类包含用户添加到购物车的商品列表；订单类包含用户生成的订单信息。方法设计：商品类有添加、查询和删除商品的方法；用户类有登录、注册和退出等方法；购物车类有添加商品到购物车、从购物车中移除商品等方法；订单类有生成订单、查看订单详情等方法。测试与实现：通过单元测试和集成测试，确保系统的稳定性和功能性。实现过程中需注意数据一致性和并发处理。测试与实现通过单元测试和集成测试，确保游戏的稳定性和功能性。实现过程中需注意游戏逻辑的合理性