02设计模式面向对象基础.ppt

1、设计模式(Design Pattern),张凯 副教授 计算机学院 软件工程系,主要内容,泛型、委托、事件,5,面向对象基础,简单例子 面向对象编程，Object-Oriented Programming，简单的说针对对象进行编程。 用Visual Studio中建立一个Windows应用程序，点击一个猫叫按钮，会弹出小猫的叫声“喵”的提示框。,面向对象基础,简单例子,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) MessageBox.Show(喵); ,让小猫如果多叫几声，怎么办？,面向对象基础,简单例子,private voi

2、d button1_Click(object sender, EventArgs e) MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); MessageBox.Show(喵); ,如果小猫的叫声修改为“喵呜”，怎么办？,这样的设计好不好，为什么？,面向对象基础,简单例子,private void button1_Click(object sender, EventAr

3、gs e) for (int i = 0; i 6; i+) MessageBox.Show( Shout() ); string Shout() return 喵呜; ,如果需要添加一个窗体，也有小猫叫，怎么办？,面向对象基础,简单例子,public static string Shout() return 喵呜; ,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) MessageBox.Show( Form1.Shout(); ,Form2,Form1,面向对象基础,面向对象基础,简单例子,public static string

4、 Shout() return 喵呜; ,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) MessageBox.Show( Form1.Shout(); ,Form2,Form1,为什么写在Form1里，写在Form2行不行？,究竟写在哪里最正确？,面向对象基础,类与实例 这个猫叫函数应该放在一个更合适的地方，这就是类。 类就是具有相同的属性和功能的对象的抽象的集合。 class就是表示类的关键字，Cat就是类的名称，Shout就是类的方法。,class Cat public string Shout() return 喵; ,如何

5、使用这个类呢？,面向对象基础,类与实例 实例，就是一个真实的对象。比如我们都是“人”，而你和我都是“人” 类的实例。 实例化就是创建对象的过程，使用new关键字来创建。,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) Cat cat = new Cat(); MessageBox.Show(cat.Shout(); ,面向对象基础,类与实例 Cat实例化后，等同于出生了一只小猫cat，此时就可以让小猫cat.Shout()了。,private void button1_Click(object sender, EventArgs e

6、) Cat cat = new Cat(); MessageBox.Show(cat.Shout(); ,注意：Cat cat = new Cat(); 其实做了两件事 Cat cat; 声明一个Cat的对象，对象名为cat cat = new Cat(); 将此对象实例化,面向对象基础,Allocating Memory for the Data,面向对象基础,构造函数 我们希望出生的小猫有个名字，比如叫“小花”，当小花叫的时候，最好能说“我的名字叫小花，喵” 构造函数，又叫构造方法，其实就是对类进行初始化。构造函数与类同名，没有返回值，也不需要void，在new的时候调用。,private

7、 void button1_Click(object sender, EventArgs e) Cat cat = new Cat(); MessageBox.Show(cat.Shout(); ,面向对象基础,构造函数,class Cat public string Shout() return 喵; ,在类中没有写过构造函数Cat()，怎么可以调用呢？,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) Cat cat = new Cat(); MessageBox.Show(cat.Shout(); ,面向对象基础,构造函数 所有

8、类都有构造函数，如果不编码则系统默认生成空的构造函数，若你有定义的构造函数，那么默认的构造函数就失效了。 系统默认生成了很好啊，那我们写构造函数干什么呢？ 构造函数是为了对类进行初始化。比如我们希望每个小猫一出生就有姓名，那么就需要写一个带参数的构造函数。,面向对象基础,构造函数,class Cat private string name = ; public Cat(string name) = name; public string Shout() return 我的名字叫 + name + 喵; ,声明Cat类的私有字符串变量name,定义Cat类的构造函数，参数是输

9、入一个字符串,将参数赋值给私有变量name,面向对象基础,构造函数 这样以来，在客户端生成小猫，就必须要给小猫起名字了。,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) Cat cat = new Cat(小花); MessageBox.Show(cat.Shout(); ,面向对象基础,方法重载 如果没有起好小猫的名字，实例就创建不了吗？,面向对象基础,方法重载 如果需要不起名字，也要生出小猫，用方法重载 方法重载提供了创建同名的多个方法的能力，但这些方法需使用不同的参数类型。,面向对象基础,class Cat private s

10、tring name = ; public Cat(string name) = name; public Cat() = 无名; public string Shout() return 我的名字叫 + name + 喵; ,将构造函数重载,注意：方法重载，方法名必须相同，参数类型或个数必须有所不同,面向对象基础,方法重载 如果我们觉得小猫叫的次数不固定，希望我让它叫几声，它就叫几声，如何做？ 在构造函数里面添加一个叫的次数？ 希望实例化以后还可以修改，我们考虑用“属性”！,面向对象基础,属性与修饰符 属性是一个方法或一对方法，但在调用它的代码看来，它

11、是一个字段，即属性适合于以字段的方式使用方法调用的场合。 字段是存储类要满足其设计所需要的数据，字段是与类相关的变量。,面向对象基础,private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set shoutNum = value; ,声明一个内部字段，注意是private，默认叫的次数为3,ShoutNum属性，注意是public，当中有两个方法； get表示外界调用时可以得到shoutNum的值； Set表示外界可以给内部的shortNum的赋值,面向对象基础,属性与修饰符 public修饰的类成员可以允许其它任

12、何类来访问，俗称公有的。 private表示只允许同一个类中的成员访问，其它类包括它的子类无法访问，俗称私有的。 如果类的成员没有加修饰符，则认为是private的。 通常字段都是private私有的，属性都是public公有的。,面向对象基础,private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set shoutNum = value; ,属性有两个方法get和set。get访问器返回与声明的属性相同的数据类型，表示的意思是调用时可以得到内部的值或引用；set访问器没有显示设置参数，但它有一个隐式参数，用关键字

13、value表示，它的作用是调用属性时可以给内部的字段或引用赋值。,这又是何苦呢，把字段的修饰符改为public，不就可以对变量又读又写了吗？,面向对象基础,private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; ,private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; ,去掉了set，表示ShortNum属性是只读的,控制叫声次数

14、，最多只能叫10声,属性与修饰符 有了ShoutNum属性，Shout方法需要改进了,面向对象基础,public string Shout() return 我的名字叫 + name + 喵; ,public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 喵 ; return “我的名字叫” + name + “ + result; ,面向对象基础,private void button1_Click(object sender, EventArgs e) Cat cat = new Cat

15、(小咪); cat.ShoutNum = 5; MessageBox.Show(cat.Shout(); ,属性与修饰符 变量私有的叫字段，公有的是属性 对方法而言，同样有私有方法和共有方法 一般无需对外界公开的方法都应该设置其修饰符为private私有，这才有利于封装。,面向对象基础,封装 面向对象的三大特性之一 每个对象都包含它能进行操作所需要的所有信息，这个特性称为封装，因此对象不必依赖于其它对象完成自己的操作。,面向对象基础,封装 封装有很多好处 第一、良好的封装能够减少耦合 我们让Cat和Form1的耦合分离了 第二、类内部的实现可以自由地修改 我们已经对Cat做了很大的改动 第三、

16、类具有清晰的对外接口 就是指定义为public的ShoutNum属性和Shout方法,面向对象基础,现在需要增加一个狗叫的功能，添加一个按钮，点击后会弹出“我的名字叫XX 汪 汪 汪”，如何做?,面向对象基础,class Dog private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; private string name = ; public Dog(string name) = na

17、me; public Dog() = 无名; public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 汪 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,面向对象基础,private void button2_Click(object sender, EventArgs e) Dog dog = new Dog(旺财); dog.ShoutNum = 5; MessageBox.Show(dog.Shout(); ,面向对象基础,class Ca

18、t private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; private string name = ; public Cat(string name) = name; public Cat() = 无名; public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result +

19、= 喵 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Dog private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; private string name = ; public Dog(string name) = name; public Dog() = 无名; public string Shout() string resu

20、lt = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 汪 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,代码大量重复，我们要用面向对象第二大特性，继承！,继承,面向对象基础,动物,继承 对象继承代表了一种“is-a”的关系，如果两个对象A和B，可以描述为B是A，则表明B可以继承A “猫是动物”，说明猫与动物之间的继承与被继承的关系 继承者是对被继承者的特殊化，因为它除了具备被继承者的特性外，还具备自己独有的个性 “猫”可能拥有抓老鼠，爬树等“动物”不具备的属性,面向对象基础,继承 继承定义了类如何相互关联，共享特性。继承的工作

21、方式是，定义父类和子类，或叫做基类和派生类，其中子类继承父类的所有特性。子类不但继承了父类的所有特性，还可以定义新的特性。,面向对象基础,继承 学习继承记住三句话，如果子类继承于父类 第一、子类拥有父类非private的属性和功能； 第二、子类具有自己的属性和功能，即子类可以扩展父类没有的属性和功能； 第三、子类还可以以自己的方式实现父类的功能（方法重写）,面向对象基础,继承 除了private和public外，还有protected表示继承时子类可以对父类有完全访问权。 也就是说，protected修饰的类成员，对子类公开，对其它类不公开。,面向对象基础,继承,面向对象基础,动物,面向对象基

22、础,class Cat private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; private string name = ; public Cat(string name) = name; public Cat() = 无名; public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+

23、) result += 喵 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Dog private int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shoutNum; set if (value 10) shoutNum = value; else shoutNum = 10; private string name = ; public Dog(string name) = name; public Dog() = 无名; public string Shout() s

24、tring result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 汪 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,我们将相同的代码尽量放到动物类中!,面向对象基础,class Animal protected string name = ; public Animal(string name) = name; public Animal() = 无名; protected int shoutNum = 3; public int ShoutNum get return shou

25、tNum; set shoutNum = value; ,面向对象基础,class Cat : Animal public Cat() : base() public Cat(string name) : base(name) public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 喵 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Dog : Animal public Dog() : base() public Dog(string name) :

26、base(name) public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 汪 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,继承格式就是 子类 : 父类,子类构造函数需要调用父类同样参数类型的构造函数，用base关键字代表父类,有些失望，子类还是有些复杂，没简单到哪里去？,如果添加马、牛、羊等多个类似的类，总共5个类，需要修改起始的叫声次数,继承 不用继承的话，如果修改功能，就必须在所有重复的方法中修改，代码越多，出错的可能性就越大 而继承的优点是，继承使得所

27、有子类公共的部分都放在了父类，使得代码得到了共享，这就避免了重复，另外，继承可使得修改或扩展继承而来的实现都较为容易。,面向对象基础,继承 继承是有缺点的，父类变，则子类不得不变。 继承会破坏包装，父类实现细节暴露给子类，这其实是增大了两个类之间的耦合性。 继承显然是一种类与类之间强耦合的关系。 当两个类之间的关系是“is-a”的关系时考虑用继承 而当两个类之间的关系是“has-a”的关系，不能用继承比如：人有两只手，手不能继承人。,面向对象基础,面向对象基础,private Animal arrayAnimal;,private void button3_Click(object sende

28、r, EventArgs e) arrayAnimal = new Animal5; ,private void button4_Click(object sender, EventArgs e) foreach (Animal item in arrayAnimal) MessageBox.Show(item.Shout(); ,多态 多态表示不同的对象可以执行相同的动作，但要通过它们自己的实现代码来执行。,面向对象基础,多态 国粹京剧子承父业，代代相传。 有一位父亲是有名的艺术家，六个儿子长大成人，模仿父亲惟妙惟肖。有一天，父亲突然发烧，上不了台，但是票已经卖了，退票影响声誉。于是决定让儿

29、子化了妆代父亲表演。,面向对象基础,多态,面向对象基础,多态 第一，子类以父类的身份出现 儿子代表父亲表演，化妆后就以父亲身份出现了。 第二，子类在工作时以自己的方式来实现 儿子模仿得再好，那也是模仿，儿子只能用自己方式表演父亲的作品。 第三，子类以父亲的身份出现时，子类特有的属性和方法不可以使用 儿子有自己的绝活也不能使用。,面向对象基础,多态 虚方法和方法重写 虚方法，为了使子类的实例完全接替来自父类的类成员，父类必须将该成员声明为虚拟的。这是通过在该成员的返回类型之前添加virtual关键字来实现的。 方法重写，子类可以选择使用override关键字，将父类实现替换为它自己的实现，这就是

30、方法重写override,面向对象基础,面向对象基础,class Animal public virtual string Shout() return ; ,class Cat : Animal public Cat() : base() public Cat(string name) : base(name) public override string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 喵 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Dog : An

31、imal public Dog() : base() public Dog(string name) : base(name) public override string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += 汪 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,父类添加虚方法 (virtual),子类重写该方法 (override),面向对象基础,private Animal arrayAnimal; private void button3_Click(object se

32、nder, EventArgs e) arrayAnimal = new Animal5; arrayAnimal0 = new Cat(小花); arrayAnimal1 = new Dog(阿毛); arrayAnimal2 = new Dog(小黑); arrayAnimal3 = new Cat(娇娇); arrayAnimal4 = new Cat(“小咪); private void button4_Click(object sender, EventArgs e) foreach (Animal item in arrayAnimal) MessageBox.Show(item.

33、Shout(); ,面向对象基础,多态 不同对象可以执行相同的动作，但要通过他们自己的实现代码来执行。 多态的原理是当方法被调用时，无论对象是否被转换为其父类，都只有位于对象继承链最末端的方法实现会被调用。也就是说，虚方法是按照其运行时类型而非编译时类型进行动态绑定调用的。,面向对象基础,面向对象基础,面向对象基础,Virtual and Override Methods,面向对象基础,现在又来了小牛和小羊来报名，如何做？,面向对象基础,面向对象基础,class Cattle : Animal public Cattle() : base() public Cattle(string name

34、) : base(name) public override string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += “哞; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Sheep : Animal public Sheep() : base() public Sheep(string name) : base(name) public override string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutN

35、um; i+) result += “咩 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,重构 两个互为兄弟的子类代码类似，并非完全相同 首先采用Extract Method（提炼函数）区分相同部分和差异部分代码，构成单独函数 然后再对提炼的代码使用Pull Up Method（方法上移），将它移入父类,面向对象基础,面向对象基础,class Cattle : Animal public Cattle() : base() public Cattle(string name) : base(name) public override string Shout() stri

36、ng result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += “哞 ; return 我的名字叫 + name + + result; ,class Cattle : Animal public Cattle() : base() public Cattle(string name) : base(name) public override string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += getShoutSound() + “ ; return

37、 我的名字叫 + name + + result; protected string getShoutSound() return 哞; ,面向对象基础,class Animal public string Shout() string result = ; for (int i = 0; i shoutNum; i+) result += getShoutSound() + ，; return 我的名字叫 + name + + result; protected virtual string getShoutSound() return ; ,面向对象基础,class Cat : Anima

38、l public Cat() : base() public Cat(string name):base(name) protected override string getShoutSound() return 喵; ,class Dog : Animal public Dog() : base() public Dog(string name):base(name) protected override string getShoutSound() return 汪; ,抽象类 我们观察发现，Animal类其实根本就不可能实例化 动物是一个抽象名词，没有具体对象与之对应 可以把实例化没有

39、意义的类改成抽象类 同样getShoutSound函数也没有任何意义，可以将virtual修饰符修改为abstract，使之成为抽象方法,面向对象基础,面向对象基础,abstract class Animal protected abstract string getShoutSound(); ,抽象类 第一，抽象类不能实例化 比如动物实例没有实际意义 第二，抽象方法必须是被子类重写的方法 不重写的话，也没有存在意义，看作没有实现体的虚方法 第三，如果类中包含抽象方法，那么类必须定义为抽象类，无论是否包含一些其它方法,面向对象基础,面向对象基础,面向对象基础,这样设计有什么问题?,接口 只有三

40、个特殊动物具备的方法，如何处理？ 接口(interface)是把隐式公共方法和属性组合起来，以封装特定功能的一个集合。一旦类实现了接口，类就可以支持接口所指定的所有属性和成员。声明接口在语法上与声明抽象类完全相同，但不允许提供接口中任何成员的执行方式。 一个类可以支持多个接口，多个类也可以支持同一个接口。,面向对象基础,面向对象基础,面向对象基础,interface IChange string ChangeThing(string thing); ,注意：接口用interface声明，而不是class，接口名称前要加 I ，接口中的方法或属性前面不能有修饰符、方法不能有方法体。,面向对象基础

41、,class MachineCat:Cat, IChange public MachineCat() : base() public MachineCat(string name): base(name) public string ChangeThing(string thing) return base.Shout() + 我有万能的口袋，我可变出 + thing; ,面向对象基础,private void button6_Click(object sender, EventArgs e) MachineCat mcat = new MachineCat(叮噹); StoneMonkey

42、wukong = new StoneMonkey(孙悟空); IChange array = new IChange2; array0 = mcat; array1 = wukong; MessageBox.Show(array0.ChangeThing(各种各样的东西！); MessageBox.Show(array1.ChangeThing(各种各样的东西！); ,面向对象基础,接口和抽象类的区别 抽象类可以给出一些成员的实现，接口却不包含成员的实现，抽象类的抽象成员可被子类部分实现，接口的成员需要实现类完全实现，一个类只能继承一个抽象类，但可实现多个接口等。 第一，类是对象的抽象，抽象类

43、是对类的抽象；接口是对行为的抽象。 第二，如果行为跨越不同类的对象，可使用接口；对一些相似的类对象，用继承抽象类。,面向对象基础,接口和抽象类的区别 第三，从设计的角度讲，抽象类是从子类中发现了公共的东西，泛化出了父类，然后子类继承父类，而接口是根本不知子类的存在，方法如何实现还不确认，预先定义的。,面向对象基础,集合(IList接口),面向对象基础,private Animal arrayAnimal; private void button3_Click(object sender, EventArgs e) arrayAnimal = new Animal5; arrayAnimal0

44、= new Cat(小花); arrayAnimal1 = new Dog(阿毛); arrayAnimal2 = new Dog(小黑); arrayAnimal3 = new Cat(娇娇); arrayAnimal4 = new Cat(咪咪); ,插入一个Cat哆啦A梦，参加比赛,集合(IList接口),面向对象基础,集合(IList接口),面向对象基础,private void button6_Click(object sender, EventArgs e) IList AnimalList; AnimalList.Add(new Cat(小花); AnimalList.Add(n

45、ew Dog(阿毛); AnimalList.Add(new Cat(小黑); AnimalList.Add(new Dog(娇娇); AnimalList.Add(new Dog(咪咪); AnimalList.Insert(1,new Cat(哆啦A梦); foreach (Animal item in AnimalList) MessageBox.Show(item.Shout(); ,集合(IList接口),面向对象基础,集合(IList接口),面向对象基础,集合(IList接口),面向对象基础,集合(IList接口),面向对象基础,private void button6_Click

46、(object sender, EventArgs e) IList AnimalList = new ArrayList(); AnimalList.Add(new Cat(小花); AnimalList.Add(new Dog(阿毛); AnimalList.Add(new Cat(小黑); AnimalList.Add(new Dog(娇娇); AnimalList.Add(new Dog(咪咪); AnimalList.Insert(1,new Cat(哆啦A梦); foreach (Animal item in AnimalList) MessageBox.Show(item.Shout(); ,集合(IList接口) ArrayList可以动态的添加、删除、修改、查询，比数组更方便，这是ArrayList的优势。 但是ArrayList也有不足，所有的参数都是Object类型,面向对象基础,private void button6_Click(object sender