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软 件 工 程第21讲：面向对象设计方法与法则,主讲人：阳王东Email：,主要内容,优先使用（对象）组合，而非（类）继承 针对接口编程，而非（接口的）实现 类的封闭性原则开放封闭法则（OCP）Liskov替换法则（LSP）,优先使用（对象）组合，而非（类）继承,组合继承示例分析练习,组合的定义,定义（对象）组合是一种通过创建一个组合了其它对象的对象，从而获得新功能的复用方法。将功能委托给所组合的一个对象，从而获得新功能。有些时候也称之为“聚合”（aggregation）或“包容”（containment），尽管有些作者对这些术语赋予了专门的含义两种方式实现 根据引用（By reference）根据值（By value）,组合的优点和缺点,优点容器类仅能通过被包含对象的接口来对其进行访问。“黑盒”复用，因为被包含对象的内部细节对外是不可见。对装性好。实现上的相互依赖性比较小。（译者注：被包含对象与容器对象之间的依赖关系比较少）每一个类只专注于一项任务。通过获取指向其它的具有相同类型的对象引用，可以在运行期间动态地定义（对象的）组合。缺点从而导致系统中的对象过多。为了能将多个不同的对象作为组合块（composition block）来使用，必须仔细地对接口进行定义。,继承的特点,（类）继承是一种通过扩展一个已有对象的实现，从而获得新功能的复用方法。泛化类（超类）可以显式地捕获那些公共的属性和方法。特殊类（子类）则通过附加属性和方法来进行实现的扩展。,继承的优点和缺点,优点容易进行新的实现，因为其大多数可继承而来。易于修改或扩展那些被复用的实现。缺点破坏了封装性，因为这会将父类的实现细节暴露给子类。“白盒”复用，因为父类的内部细节对于子类而言通常是可见的。当父类的实现更改时，子类也不得不会随之更改。从父类继承来的实现将不能在运行期间进行改变。,规则,仅当下列的所有标准被满足时，方可使用继承：子类表达了“是一个的特殊类型”，而非“是一个由所扮演的角色”。子类的一个实例永远不需要转化（transmute）为其它类的一个对象。子类是对其父类的职责（responsibility）进行扩展，而非重写或废除（nullify）。子类没有对那些仅作为一个工具类（utility class）的功能进行扩展。对于一个位于实际的问题域（Problem Domain）的类而言，其子类特指一种角色（role），交易（transaction）或设备（device）。,示例分析,火车票售票系统乘客是人所扮演的一种角色。代理人亦然。随着时间的发展，一个Person的子类实例可能会从Passenger转变成Agent，再到Agent Passenger。,组合设计1,组合设计2,总结,组合与继承都是重要的重用方法在OO开发的早期，继承被过度地使用随着时间的发展，我们发现优先使用组合可以获得重用性与简单性更佳的设计当然可以通过继承，以扩充（enlarge）可用的组合类集（the set of composable classes）。因此组合与继承可以一起工作但是我们的基本法则是：优先使用对象组合，而非（类）继承,练习,设计下列类的关系人、学生、教师本科、研究生大一学生、大二学生、大三学生、大四学生讲师、教授,针对接口编程，而非（接口的）实现,接口的特征实现继承和接口继承 接口的好处 示例分析练习,接口的特征,接口是一个对象在对其它的对象进行调用时所知道的方法集合。一个对象可以有多个接口（实际上，接口是对象所有方法的一个子集）类型是对象的一个特定的接口。不同的对象可以具有相同的类型，而且一个对象可以具有多个不同的类型。一个对象仅能通过其接口才会被其它对象所了解。某种意义上，接口是以一种非常局限的方式，将“是一种”表达为“一种支持该接口的”。接口是实现插件化（pluggability）的关键 接口表示“像”（LikeA）的关系，继承表示“是”（IsA）的关系，组合表示“有”（HasA）的关系。,实现继承和接口继承,实现继承（类继承）：一个对象的实现是根据另一个对象的实现来定义的。接口继承（子类型化）：描述了一个对象可在什么时候被用来替代另一个对象。C+的继承机制既指类继承，又指接口继承。C+通过继承纯虚类来实现接口继承。Java对接口继承具有单独的语言构造方式Java接口。Java接口构造方式更加易于表达和实现那些专注于对象接口的设计。,接口的好处,优点 Client不必知道其使用对象的具体所属类。一个对象可以很容易地被（实现了相同接口的）的另一个对象所替换。对象间的连接不必硬绑定（hardwire）到一个具体类的对象上，因此增加了灵活性。松散藕合（loosens coupling）。增加了重用的可能性。提高了（对象）组合的机率，因为被包含对象可以是任何实现了一个指定接口的类。缺点 设计的复杂性略有增加,接口定义,抽象的交通工具的定义,接口实现,练习,画图类的设计实现画图功能可以画线、圆、长方形、正方形、三角形等。,类的封闭性原则,完备性。一个类要完成一个独立的业务过程，该类的内部应该定义了这个业务的整个过程，尽量不要在这个类定义了一些过程，而在另一个类中又定义了另外一些过程。透明性。一个类要提供一项功能给其他的类复用，该项功能对其使用者是透明的，不但是在实现上是透明的，而且在使用上也是透明的。,封闭性原则在类继承中运用,类的继承形式直接继承父类的方法实现复用 调用父类的方法构成自己的方法实现复用 通过抽象方法来实现逻辑关系的复用,直接继承父类的方法实现复用,public class Vechile protected void roll()/滚动的实现代码public class Car extends Vechile public void driver()Car bmw=new Car();bmw.driver();bmw.roll();,最终调用者需要知道开动汽车的所有操作方法,调用父类的方法构成自己的方法实现复用,public class Car public void go()/实现驱动功能代码 roll();/调用父类的轮子滚动方法Car bmw=new Car();bmw.go();,最终调用者只需知道一个开动汽车的方法,子类中需要知道汽车开动的操作流程,通过抽象方法来实现逻辑关系的复用,public class abstract Vechile private void roll/实现滚动功能/抽象的驱动方法protected abstract void drive();/车辆的行驶逻辑方法public void go()/驱动drive();/滚动roll();,汽车的开动过程在这里完全定义，符合完备性原则,public class Car extends Vechile/实现父类的抽象的驱动方法public void drive()/具体特有的驱动功能代码Vechile vechiletest=new Car();/调用车辆行驶功能vechiletest.go();,子类只需要做自己的驱动就行了,开放封闭法则（OCP）,开放-封闭法则认为我们应该试图去设计出永远也不需要改变的模块。我们可以添加新代码来扩展系统的行为。我们不能对已有的代码进行修改。符合OCP的模块需满足两个标准：可扩展，即“对扩展是开放的”（Open For Extension）模块的行为可以被扩展，以需要满足新的需求。不可更改，即“对更改是封闭的”（Closed for Modification）模块的源代码是不允许进行改动的。,OCP示例,设计要求Purchase类的calculate方法要求在制订的部件数组中计算各个部件价格的总和。部件有显示器、CPU、内存、主板、硬盘、光驱、机箱、键盘、鼠标等 初步设计定义一个基类Part表示部件，所有具体部件都从Part继承下来的子类Part的定义为：,计算总价的实现,但是在计算总价格时，若财务部颁布主板和内存应使用额外费用,改进方案1,子类重载父类的方法：每当计价策略发生改变，我们就修改Part的每个子类！,改进的方案2,采用一个PricePolicy类，通过对其进行继承以提供不同的计价策略,改进部件类,练习,计算住房按揭房屋类的设计还款金额计算,Liskov替换法则（LSP）,使用指向基类（超类）的引用的函数，必须能够在不知道具体派生类（子类）对象类型的情况下使用它们。使用基类的地方，用该基类的所有子类替换基类，都应该保证程序是正确的。,示例,长方形和正方形的面积计算长方形类的定义,正方形类的定义,计算面积存在的问题,结果如何,练习,如何改进,练习,课后把课堂练习进行设计实现,