软件工程概述及设计模式PPT课件.ppt

1、目录,2020/8/12,1,1 OO概述,面向对象分析(OOA) 做什么？ 从问题域中获取需要的类和对象，以及它们之间的关系。 面向对象设计(OOD) 怎么做？ 面向对象编程(OOP) Do it,2020/8/12,2,1 OO概述,老张开车去东北。 请用OO思想进行分析(OOA)和设计(OOD),体现OO三大特性 封装类(名词)：,2020/8/12,3,1 OO概述,老张开车去东北。 请用OO思想进行分析(OOA)和设计(OOD)。 封装类(名词)：,2020/8/12,4,1 OO概述,老张开车去东北。 封装 创建成员方法。,2020/8/12,5,1 OO概述,老张开车去东北。 获

2、取属性，完善成员方法。,2020/8/12,6,1 OO概述,老张开车去东北。 封装:作用？ 隐藏信息，降低类间耦合性。,2020/8/12,7,1 OO概述,老张开车去东北。 初始设计,2020/8/12,8,1 OO概述,public class Driver private String driverName; public String getName() return driverName; public void drive(Car car) car.go(new Address(东北); ,2020/8/12,9,1 OO概述,public class Car public vo

3、id go(Address dest) System.out.println(一路哼着歌，冒着烟，去了 + dest.getName(); ,2020/8/12,10,1 OO概述,public class Address private String addressName; public String getName() return addressName ; public void setName(String name) addressName = name; ,2020/8/12,11,1 OO概述,老张开车去东北。 设计优化：继承和多态 在某个粒度视图层面上对同类事物不加区别的对

4、待而统一处理,2020/8/12,12,1 OO概述,public class Driver private String driverName; public String getName() return driverName; public void setName(String name) driverName = name; /Vihecle vihecle = new Car(); public void drive(Vihecle vihecle) vihecle.go(new Address(东北); ,2020/8/12,13,1 OO概述,public abstract c

5、lass Vihecle public abstract void go(Address dest); public class Car extends Vihecle public void go(Address dest) System.out.println(一路哼着歌，冒着烟，去了 + dest.getName(); public class Plane extends Vihecle public void go(Address dest) System.out.println(“一路驾着云彩去了 + dest.getName(); ,2020/8/12,14,1 OO概述,publ

6、ic class Address private String addressName; public Address(String name) addressName = name; public String getName() return addressName ; public void setName(String name) addressName = name; ,2020/8/12,15,1 OO概述,public class Client public static void main(String args) Driver d = new Driver(); d.setN

7、ame(老张); /d.drive(new Plane(); d.drive(new Car(); 有什么缺陷？,2020/8/12,16,1 OO概述,持续优化：添加而不修改，系统扩展性强！ 重载,2020/8/12,17,2 面向接口编程,面试题: 1.抽象类可以有构造方法,接口不可以. 2.抽象类中可以有普通成员变量,普通方法.接口不可以. 3.抽象类中的抽象方法的访问类型不能是private访问类型,但接口的抽象方法只能是public. 4.抽象类可以包含静态方法,但接口不可以. 5. 抽象类中静态成员变量的访问类型可以任意.但接口只能是 Public(static)final类型.

8、6.一个类可以实现多个接口,但只能继承一个抽象类.,1 abstract class和interface有什么区别?,2020/8/12,18,2 面向接口编程,设计层面： 抽象类是某种抽象事物(is a)。 接口是一组行为规范(like a)。 接口体现了 “如果你是则必须能”的理念 语法层面： 抽象类体现单继承关系； 接口可实现多继承。,2020/8/12,19,2 面向接口编程,2020/8/12,20,2 面向接口编程,面试题（扩展题）: 2.1 接口是否可以继承接口? 2.2 接口是否可以继承抽象类？ 2.3 抽象类是否可以实现接口? 2.4 抽象类是否可以继承具体类? 2.5 抽象

9、类中是否可以有静态的main方法? 抽象类与普通类的唯一区别就是不能创建实例对象和允许有 abstrct方法!,2020/8/12,21,2 面向接口编程,面向接口编程： 在系统分析和架构中，分清层次和依赖关系，下层不是直接向 其上层提供服务：即不是直接实例化在上层中，而是通过定义 一组接口，仅向上层暴露其接口功能，上层对于下层仅仅是接 口依赖，而不依赖具体类。 系统层次间协作关系是系统设计的关键 ，小到不同类之间的通 信，大到各模块之间的交互 。 本质：面向抽象编程，定义与实现的分离。,2020/8/12,22,2.1.1 设计模式四人帮,GoF（“四人帮”，又称Gang of Four，即

10、Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson abstract void Close(); ,2020/8/12,27,3.2 接口隔离原则(ISP),新需求： 需要门具有报警功能。 解决方案一：在抽象类(或接口)Door添加alarm方法。 abstract Door abstract void Open(); abstract void Close(); abstract void Alarm(); ,2020/8/12,28,3.2 接口隔离原则(ISP),问题？ 违背ISP(接口隔离原则)，Alarm方法对于依赖Door的模块是 多余的。 修改方案：

11、 abstact Door保留Open()、Close(),Alarm由子类扩展。 拆分成interface Door和interface Alarm接口。 拆分成abstact Door和interface Alarm。,2020/8/12,29,3.2 接口隔离原则(ISP),abstract Door abstract void Open(); abstract void Close(); Interface Alarmable void Alarm(); class AlarmDoor extends Door implents Alarmable ,2020/8/12,30,3.3

12、里氏替换原则(LSP),里氏替换原则(Liskov Substitution Principle) 定义：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。 通俗言之：任何父类出现的地方，子类一定可以出现。 在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再 确定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。 总结：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能,2020/8/12,31,3.4 依赖倒置原则(DIP),依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle ) 定义： 1、高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖于抽象（抽象类或接口）。 2、抽象（抽象类或接

13、口）不应该依赖于细节（具体实现类）。 3、细节（具体实现类）应该依赖抽象。 通俗言之：依赖抽象，不依赖实现。 总结：面向接口编程,2020/8/12,32,3.5 开闭原则(OCP),开闭原则(Open Close Principle) 定义： 一个软件实体如类、模块和函数，应该对扩展开放，对修改关 闭。 通俗言之：一个好的系统是在不修改已有源代码的情况下,可以扩展 功能。 实现开闭原则的关键就是抽象化。,2020/8/12,33,3.5 开闭原则(OCP),在开-闭原则中,不允许修改的是抽象的类或者接口,允许扩展的 是具体的实现类,抽象类和接口在开-闭原则中扮演着极其重要 的角色。 模板方法

14、模式和观察者模式都是开闭原则的极好体现。,2020/8/12,34,3.6 合成复用原则(CRP),合成复用原则(Composite ReusePrinciple ，CARP)：要优先使用对象组合（聚合） 通俗言之：要尽量使用合成/聚合，尽量不要使用继承。 继承复用： 从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变， 没有足够的灵活性； 破坏封装性，把父类实现细节直接暴露给子类（白箱复用）； 父类发生改变，子类也应改变，类与类之间高耦合。,2020/8/12,35,3.6 合成复用原则(CRP),组合/聚合复用：耦合度相对较低，可以在运行时动态进行。 黑箱复用！ 如果两个类之间是“Has

15、-A”的关系应使用组合或聚合，如果是 “Is-A”关系可使用继承。 桥接模式遵循该原则！,2020/8/12,36,3.6 合成复用原则(CRP),2020/8/12,37,3.6 合成复用原则(CRP),2020/8/12,38,3.7 迪米特原则(LOD),迪米特原则(Law Of Demeter) 定义： 指一个对象应该对于其他对象有最少的了解 。 问题由来：类与类之间的关系越密切，耦合度越大，当一个类 发生改变时，对另一个类的影响也越大。 通俗言之：不要跟陌生人说话。类应该对自己需要耦合或调用 的类知道得越少越好 。,2020/8/12,39,2.1.2 设计模式概述,设计模式（Des

16、ign pattern）是一套被反复使用、多数人知晓 的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。 为何提倡设计模式？ 根本原因是为了代码复用，增加可维护性 。 设计模式有助于对框架结构的理解，成熟的框架通常使用了多 种设计模式。 设计模式通过实现面向对象六大原则，从而达到了代码复用、 增加可维护性的目的。,2020/8/12,40,2.2.1 设计模式基本元素,模式名称 问题 解决方案 效果,2020/8/12,41,2.2.2 设计模式分类,设计模式分为三种类型，共23类。 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模 式、原型模式。 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合

17、模式、 外观模式、享元模式、代理模式。 行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者 模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策 略模式、职责链模式、访问者模式。,2020/8/12,42,2.3.1设计模式之单例模式（Singleton）,单例设计模式的特点： 1.单例设计模式保证一个类只有一个实例; 2.要提供一个访问该类对象实例的全局访问点。 单例模式最重要的就是要保证一个类只有一个实例并且这个类 易于被访问。 一个全局类使得一个对象可以被访问，但是这样做却不能防止 你实例化多个对象。,2020/8/12,43,2.3.1 设计模式之单例模式（Singleton）,

18、单例设计模式的实现： 1.为了避免其它程序过多的建立该类的对象，先禁止其它程序建 立该类对象实例（将构造器私有化）。 2.为了方便其它程序访问该类的对象，只好在本类中自定义一个 对象，由1可知该对象是static的，并对外提供访问方式。,2020/8/12,44,2.3.1 设计模式之单例模式（Singleton）,单例模式具体实现有两种： 懒汉式 class Singleton private static Singleton instance=null; private Singleton() public static Singleton getInstance() if(instanc

19、e=null) instance=new Singleton(); return instance; ,2020/8/12,45,2.3.1 设计模式之单例模式（Singleton）,饿汉式 class Singleton private static Singleton instance=new Singleton(); private Singleton() public static Singleton getInstance() return instance; ,2020/8/12,46,2.3.1 设计模式之单例模式（Singleton）,饿汉式(总结) 对象预先加载，线程是安全的

20、，在类创建好的同时对象生成， 调用获得对象实例的方法反应速度快，代码简练。 懒汉式(总结) 对象延迟加载，效率高，只有在使用的时候才实例化对象，若 设计不当线程会不安全，代码相对于饿汉式复杂，第一次加 载类对象的时候反应不快。,2020/8/12,47,2.3.1 设计模式之多例模式（Multiton Pattern）,class Multiton private static Multiton multi1=new Multiton(); private static Multiton multi2=new Multiton(); private Singleton() public sta

21、tic Singleton getInstance(int value) if(1=value) return multi1; else return multi2; /多例模式：单例模式的推广。,2020/8/12,48,2.3.1 设计模式之多例模式（Multiton Pattern）,class Multiton private static List list = new ArraryList(); private static Multiton multi1=new Multiton(); private static Multiton multi2=new Multiton();

22、private static final int maxCount = 2;/最多的实例数 static list.add(multi1); list.add(multi2); private Singleton() public static Singleton getInstance(int value) return list.get(index); /多例模式：单例模式的推广。,2020/8/12,49,2.3.2 工厂模式（Factory）,工厂模式在java与模式中分为三类： 简单工厂模式(静态工厂Simple Factory) 工厂方法模式(Factory Method) 抽象工

23、厂模式(Abstract Factory) GOF在设计模式一书中，将简单工厂模式看做特殊的工厂方 法模式。,2020/8/12,50,2.3.2 工厂模式（Factory）,简单工厂模式(静态工厂Simple Factory) Creater(工厂角色):是简单工厂的核心。工厂角色可被外部直接 调用，创建所需产品对象。 Product(抽象产品角色)：具体产品类的父类。 ConcreteProduct(具体产品类)。,2020/8/12,51,2.3.2 工厂模式（Factory）,public class Creater /静态工厂模式 public static Dog CreateDo

24、g(String dogName)throws Exception if(carName.equalsIgnoreCase(“TaiDi) return new TaiDi(); else if(carName.equalsIgnoreCase(“MuYang) return new MuYang(); public abstract Dog public void run(); ,2020/8/12,52,2.3.2 工厂模式（Factory）,public Taidi extends Dog public MuYang extends Dog ,2020/8/12,53,2.3.2 工厂模

25、式（Factory）,public class Client public static void main(String args) /Dog dog= new TaiDi(); /Dog dog = new MuYang(); Dog dog = Creater.CreateDog(“TaiDi); ,2020/8/12,54,2.3.2 工厂模式（Factory）,静态工厂在创建产品时，通常结合反射一起使用。 public class Creater /静态工厂模式 public static TaiDi CreateDog(String carName)throws Exception

26、 TaiDi taidiDog = (TaiDi) Class.forName(“zhong.xxx + carName).newInstance(); return taidiDog ; 问题简单工厂为什么要用静态方法实现？ 静态方法的继承问题？ 缺点：对于新产品的加入创建，无能为力！违背开闭原则！,2020/8/12,55,2.3.2 工厂模式（Factory）,工厂方法模式(Factory Method) 简单工厂模式对增加新产品，无能为力，不符合开闭原则(对扩 展开发，对修改封闭)。,工厂方法模式是对简单工厂模式的抽象,2020/8/12,56,2.3.2 工厂模式（Factory）,

27、public abstract class Factory Dog getInstance(); public class TaiDiFactory implements Factory public Dog getInstance() return new TaiDi (); public class MuYangFactory implements Factory public Dog getInstance() return new MuYang (); ,Creater,ConcreteCreater,ConcreteCreater,2020/8/12,57,2.3.2 工厂模式（Fa

28、ctory）,public abstract class Dog public abstract void run(); public class TaiDi extends Dog public class MuYang extends Dog public void run() public void doAfraid()System.out.println(“我是MuYang我怕谁！”); ,Product,ConcreteProduct,ConcreteProduct,2020/8/12,58,2.3.2 工厂模式（Factory）,public static void main(St

29、ring args) Factory factory = new TaiDiFatory(); Dog dog = factory. getInstance(); dog . run(); /dog.doAfraid(); 哪些情况使用工厂模式？ 1) 当客户程序不需要知道要使用对象的创建过程。 2) 客户程序使用的对象存在变动的可能，或者根本就不知道使 用哪一个具体的对象。,2020/8/12,59,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定 它们具体的类。,2020/8/12,60,2.3.3 抽象工厂模式（Abst

30、ract Factory）,1.AbstractFactory 声明一个创建抽象产品对象的操作接口。 2.ConcreteFactory 实现创建具体产品对象的操作。 3.AbstractProduct 为一类产品对象声明一个接口。 4.ConcreteProduct 定义一个将被相应的具体工厂创建的产品对象 ,实现AbstractProduct接口。 5.Client 仅使用由AbstractFactory和AbstractProduct类声明的接口,2020/8/12,61,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,AbstractFactory: public int

31、erface AbstractFactory public Car CreateBmwCar(); public Car CreateBenzCar(); ,2020/8/12,62,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,ConcreteFactory: class ConcreteSportFactory implents AbstractFactory public Car CreateSportBmwCar() return new BmwSportsCar(); public ISporting CreateSportBenzCar() return new B

32、enzSportsCar(); ,2020/8/12,63,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,AbstractProduct: public abstract Car void go(); ,2020/8/12,64,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,ConcretePorduct: public class BmwSportsCar extend Car public void go() System.out.println( BmwSportsCar run!); public class BenzSportsCar extend C

33、ar public void go() System.out.println( BenzSportsCar run!); ,2020/8/12,65,2.3.3 抽象工厂模式（Abstract Factory）,Client: public static void main(String args) AbstractFactory sportCarFactory = new ConcreteSportFactory (); Car car = sportCarFactory . CreateSportBmwCar(); /Car car = sportCarFactory . CreateSp

34、ortBenzCar(); 能不能把增加产品家族数量？,2020/8/12,66,2.3.4 外观模式(Facade),Facade模式,2020/8/12,67,2.3.4 外观模式(Facade),Facade模式： 1 定义了一个更高的接口，使子系统更加容易使用； 2 为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。,2020/8/12,68,2.3.4 外观模式(Facade),Eg:开关电脑模拟程序(见开关电脑模拟程序文档),2020/8/12,69,2.3.4 外观模式(Facade),核心思想：封装交互，简化调用(化繁为简)！ 作用： 外部减少与子系统内多个模块的交互，松散耦合； 让外部

35、能够更简单的使用子系统； 大大节省学习时间。,2020/8/12,70,2.3.5 适配器模式(Adapter),Adapter模式（结构型） 1 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口; 2 使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起 工作。 Eg1 :电源适配器,2020/8/12,71,2.3.5 适配器模式(Adapter),Eg2:android email显示 一个ListView的使用涉及了两个部 分，一个是数据源DataSource， 另外一个是数据源的各项的布局 显示ItemLayout。DataSource是不 能直接展示在用户面前，ItemLay out才是

36、直接用户，DataSource向 ItemLayout填充和转换就是一个典 型的适配过程，就需要一个适配器对象来参与其中。,2020/8/12,72,2.3.5 适配器模式(Adapter),示例程序(见Adapter-获取电压程序),2020/8/12,73,2.3.5 适配器模式(Adapter),Adapter模式（结构型） 它不是为了解决还处在开发阶段的问题，而是解决正在服役的 项目问题。 解决接口不相容的问题：复用代码，不修改原有代码。 缺点： 对于对象适配器来说，更换适配器的实现过程比较复杂。 对象适配器和类适配器？,2020/8/12,74,2.3.6 职责链模式(COR),职责

37、链(Chain of Responsibility):行为型 发送方发送一个请求，使多个对象都有机会处理请求，从而避 免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。 将这些对象连成一条链， 并沿着这条链传递该请求，直到有一 个对象处理它为止。 核心思想：给多个对象处理一个请求的机会，从而解耦发送者 和接受者 。,2020/8/12,75,2.3.6 职责链模式(COR),适用范围 1 有多个对象可以处理同一个请求 2 不能明确指定接收者,2020/8/12,76,2.3.6 职责链模式(COR),Eg1:公司请假 Eg2:brew平台消息机制 Eg3:java 异常处理,try catch(Excep

38、tion e1) catch(Exception e2) finally ,2020/8/12,77,2.3.6 职责链模式(COR),2020/8/12,78,2.3.7 观察者模式(Observer),观察者模式: 定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改 变时, 所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。 观察者中涉及了两个对象，一个是观察目标，一个是观察者。 观察目标有典型的3个方法： 订阅，取消订阅，通知。 订阅： 增加状态或事件通知的对象 取消订阅： 删除状态或事件通知对象 通知： 通知所有订阅了状态和事件的对象。,2020/8/12,79,2.3.7 观察者模式(

39、Observer),Eg:杂志订阅，杂志是主题，观察者是订阅者。当出版新杂志时 候，这个事件会自动通知所有的订阅者。 Eg:猫和老鼠,2020/8/12,80,2.3.7 观察者模式(Observer),观察者模式: 定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改 变时, 所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。 观察者中涉及了两个对象，一个是观察目标，一个是观察者。 观察目标有典型的3个方法： 订阅，取消订阅，通知。 订阅： 增加状态或事件通知的对象 取消订阅： 删除状态或事件通知对象 通知： 通知所有订阅了状态和事件的对象。,2020/8/12,81,2.3.8 中介者模式(M

40、ediator),中介者模式: 1 用一个中介对象来封装一系列的对象交互; 2 中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散， 而且可以独立地改变它们之间的交互。 Eg:android-Activity与Intent Demo程序：Mediator模式-居委会大妈,2020/8/12,82,2.3.8 中介者模式(Mediator),2020/8/12,83,2.3.8 中介者模式(Mediator),2020/8/12,84,2.3.8 中介者模式(Mediator),中介者模式本质： 封装交互 何时选用中介者模式 1 如果一组对象之间的通信方式比较复杂，导致相互依赖、结构 混乱;

41、2 如果一个对象引用很多的对象，并直接跟这些对象交互，导 致难以复用该对象 。,2020/8/12,85,2.3.9 模式区别,外观模式和中介者模式 1 中介者模式主要用来封装多个对象之间相互的交互，多用在系 统内部的多个模块之间；而外观模式封装的是单向的交互 。 2 在中介者模式的实现里面，是需要实现具体的交互功能的；而 外观模式的实现里面，一般是组合调用或是转调内部实现的功 能，通常外观模式本身并不实现这些功能。,2020/8/12,86,2.3.9 模式区别,外观模式和单例模式 通常一个子系统只需要一个外观实例，所以外观模式可以和单 例模式组合使用，把Facade类实现成为单例 。,20

42、20/8/12,87,2.3.9 模式区别,外观模式和抽象工厂模式 外观模式的外观类通常需要和系统内部的多个模块交互，每个 模块一般都有自己的接口，所以在外观类的具体实现里面，需 要获取这些接口，然后组合这些接口来完成客户端的功能。 那么怎么获取这些接口呢？就可以和抽象工厂一起使用，外观 类通过抽象工厂来获取所需要的接口，而抽象工厂也可以把模 块内部的实现对Facade进行屏蔽，也就是说Facade也仅仅只是 知道它从模块中获取的它需要的功能，模块内部的细节Facade 也不知道了。,2020/8/12,88,2.3.10 状态模式,状态模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变其行为。 这个

43、对象看上去就像是改变了它的类一样。 状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里，每 一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的 意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改 变。,2020/8/12,89,2.3.10 状态模式,天气案例（疯狂设计模式）,2020/8/12,90,2.3.11 桥接模式,桥接模式： 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。 应用场景： 某个类具有两个或两个以上的维度变化，如果只是使用继承将 无法实现这种需要，或者使得设计变得相当臃肿。,2020/8/12,91,2.3.11 桥接模式,2020/8/12,92,2.3

44、.11 桥接模式,举例来说： 面馆供应牛肉面、猪肉面，而且顾客可根据自己的口味选择 是否添加辣椒。此时就产生了一个问题，我们如何来应对这种 变化：我们是否需要定义辣椒牛肉面、无辣牛肉面、辣椒猪肉 面、无辣猪肉面4个子类？如果餐厅还供应羊肉面、韭菜面呢 ？如果添加辣椒时可选择无辣、微辣、中辣、重辣风味呢？ 那程序岂非一直忙于定义子类？ 腾讯笔试题（）设计模式将抽象部分与它的实现部分相分离。 A、Singleton（单例）B、Bridge（桥接） C、Composite（组合）D、 Facade（外观）,2020/8/12,93,2.3.12 原型模式,2020/8/12,94,2.3.9 原型模式(