提高面向对象设计复用性的设计原则课件.ppt

1、6/16/20221n提高面向对象设计复用性的设计原则面向对象的设计原则6/16/20222设计目标n可扩展性(Extensibility):新功能易加入系统。n灵活性(Flexibility):允许代码修改平稳发生，不会涉及很多其他模块。n可插入性(Pluggability):容易将一个类换为另一个具有同样接口的类。6/16/20223软件复用重要性n较高的生产率n较高的软件质量n恰当使用复用,可改善系统的可维护性6/16/20224n使一个系统可在更高的层次上提供了可复用性n抽象化和继承:使概念和定义可复用n多态:使实现和应用可复用n抽象化和封装:可保持和促进系统的可维护性面向对象设计6/

2、16/20225n抽象层次是一个应用系统作战略性判断和决定的地方，那么抽象层次就应当是较为稳定的，应当是复用的重点。n复用的焦点不再集中在函数和算法等具体实现细节上，而是集中在最重要的含有宏观商业逻辑的抽象层次上。n既然如果抽象层次的模块相对独立于具体层次的模块的话，那么具体层次内部的变化就不会影响到抽象层次的结构，所以抽象层次的复用就会较为容易。复用6/16/20226n面向对象设计中，可维护性复用是以设计原则和设计模式为基础的。面向对象复用6/16/202271.开闭原则OCP:Open-Closed Principle2. 里氏替换原则LSP:Liskov Substitution Pr

3、inciple3. 依赖倒转原则DIP:Dependency Inversion Principle4. 接口隔离原则ISP:Interface Segregation Principle5. 组合复用原则CRP:Compositoin Resuse Principle6. 迪米特法则LoD:Law of Demeter7.单一职责原则（SRP)面向对象设计原则6/16/20228n软件组成实体应该是对扩展可扩展的，但是对修改是关闭的。( Software Entities Should Be Open For Extension， But Closed For Modification)1.

4、开-闭原则OCP6/16/20229n开放-封闭法则认为应该试图去设计出永远也不需要改变的模块。n关键在于抽象化:可给系统定义一个一劳永逸，不再更改的抽象设计，此设计允许有无穷无尽的行为在实现层被实现。抽象层预见所有扩展。nPC外设开-闭原则6/16/202210n一个软件系统的所有模块不可能都满足OCP，但是应该努力最小化这些不满足OCP的模块数量。 开-闭原则6/16/202211Public class Part private double basePrice; public void setPrice(double price) basePrice = price; public d

5、ouble getPrice() return basePrice; OCP例-类6/16/202212Public double totalprice(Part parts) double total=0.0; for (int i=0;iparts.length;i+) total += partsi.getPrice(); return total;OCP例-某类方法6/16/202213n内存折扣？思考6/16/202214Public double totalprice(Part parts) double total=0.0; for (int i=0;iparts.length;

6、i+) if(partsI instanceof Memory) total += partsi.getPrice() * 0.9; else total += partsi.getPrice(); return total;方法6/16/202215n符合OCP吗？思考6/16/202216Public class Memory extends Part public double getPrice() return basePrice * 0.9; 方法？6/16/202217n采用一个PricePolicy类，通过对其进行继承以提供不同的计价策略更好的方法？6/16/202218Publ

7、ic class Part private PricePolicy pricePolicy; public void setPricePolicy(PricePolicy policy) pricePolicy = policy; public void setPrice(double price) pricePolicy.setPrice( price ); public double getPrice() return pricePolicy.getPrice(); 方法6/16/202219Public class PricePolicy private double basePrice

8、; public void setPrice(double price) basePrice = price; public double getPrice() return basePrice; 价格策略6/16/202220Public class Sale extends PricePolicy private double discount; public void setDiscount(double discount) this.discount = discount; public double getPrice() return basePrice * discount; 销售

9、策略6/16/202221n符合OCP了吗？思考6/16/202222应用实例w我们有一个需要在标准的GUI上绘制园和正方形的应用程序。圆和正方形必须要按照特定的顺序绘制。我们将创建一个列表，列表由按照适当的顺序排列的园和正方形组成，程序遍历该列表，一次绘制出每个圆和正方形。6/16/202223w先考虑违反OCP的过程化方法n定义一个DrawAllShapes函数使用SWITCH来分支绘制图形w为什么不符合OCP？n因为它对于新的形状类型的添加不是封闭的n每增加一种新的形状类型，都必须要更改这个函数6/16/202224这样的设计糟糕在哪里？w增加形状会导致所有的程序、变量重新编译和部署w想

10、在另一个程序中复用DrawAllShape这个函数时，都必须要附带上Square和Circle，即时那个程序不需要它们。6/16/202225怎样遵循OCPw编写一个shape抽象类w这个类仅有一个抽象方法draw()w所有形状都从这个类派生w当绘制一种新的形状，只需要增加一个新的shape类的派生类。而DrawAllShapes 函数并不需要改变。6/16/202226n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。(Function Thar Use Referennces To Base(Super) Classes Must Be Abl

11、e To Use Objects Of Derived(Sub) Classes Without Knowing It)2.里氏替换法则6/16/202227Public class Rectangle private double width; private double heigth; public Rectangle(double w,double h) width = w; heigth = h; public void setWidth(double w) width = w; public void setHeigth(double h) height = h; public d

12、ouble getWidth() return width; public double getHeigth() return height; public double area() return width * height; LSP例-矩形类6/16/202228n正方形类 Squaren正方形是矩形，因此Square类应该从Rectangle类派生而来。思考6/16/202229Public class Square extends Rectangle public Square(double s) super(s,s); public void setWidth(double w)

13、super.setWidth ( w ); super.setHeight( w ); public void setHeight(double h) super.setWidth ( h ); super.setHeight( h ); 正方形类6/16/202230Public class TestRectangle public static void testLSP(Rectangle r) r.setWidth(4.0); r.setHeight(5.0); System.out.println(“Width is 4.0 and Height is 5.0 ,Area is ” +

14、 r.area(); 测试类6/16/202231public static void main(String args) Rectangle r=new Rectangle(1.0,1.0); Square s = new Square(1.0); testLSP ( r ); testLSP ( s ); 测试6/16/202232n编写testLsp()方法的程序员做了一个合理的假设，即改变Rectangle的宽而保持它的高不变。n一个数学意义上的正方形可能是一个矩形，但是一个Square对象不是一个Rectangle对象，因为一个Square对象的行为与一个Rectangle对象的行为

15、是不一致的！(矩形 仅包含get 因为set不同)n从行为上来说，一个Square不是一个Rectangle！一个Square对象与一个Rectangle对象之间不具有多态的特征。问题6/16/202233nLiskov替换法则(LSP)清楚地表明了ISA关系全部都是与行为有关的。n为了保持LSP，所有子类必须符合使用基类的client所期望的行为。n一个子类型不得具有比基类型更多的限制，可能这对于基类型来说是合法的，但是可能会因为违背子类型的其中一个额外限制，从而违背了LSP！nLSP保证一个子类总是能够被用在其基类可以出现的地方小结6/16/202234n抽象不应当依赖于细节，细节应当依赖

16、于抽象。n(Abstations should not depend upon details， Details should depend upon abstractions)3.依赖倒转原则6/16/202235n针对接口编程，而非实现nProgram To An Interface， Not An ImplementationDIP6/16/2022361.Client不必知道其使用对象的具体所属类。2.一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。3.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。4.松散藕合(loosens coup

17、ling)。5.增加了重用的可能性。6.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。 使用接口的优点6/16/202237n不将变量声明为某个特定的具体类的实例对象，而让其遵从抽象类定义的接口。实现类仅实现接口，不添加方法。n(Draw(shape*p) 不要Cricle*p Rectangle *p Triangle *p)针对接口编程6/16/202238n任何变量都不应该持有一个指向具体类的指针或引用n任何类都不应该从具体类派生n任何方法都不应该覆写它的任何基类中已实现了的方法依赖于抽象6/16/202239n如果一个类的实例必须使用另一个对象，而这个对象又

18、属于一个特定的类，那么复用性会受到损害。n如果“使用”类只需使用“被使用”类的某些方法，而不是要求“被使用”类与“使用”类有“is-a”的关系，就可考虑，让“被使用”类实现一个接口，“使用”类通过这个接口来使用需要的方法，从而限制了类之间的依赖。n方案:为避免类之间因彼此使用而造成的耦合，让它们通过接口间接使用。约束6/16/202240nDIP可应用于任何存在一个类向另一个类发送消息的地方。DIP应用6/16/202241例ClientService6/16/202242例-找出潜在的抽象ClientClient InterfaceService6/16/202243w实例n考虑一个控制熔炉

19、调节器的软件，该软件可以从一个IO通道中读取当前的温度，并通过向另一个IO通道发送命令来指示熔炉的开或者关。6/16/202244n优先使用(对象)组合，而非(类)继承nFavor Composition Over Inheritance 4.组合复用原则6/16/202245n容器类仅能通过被包含对象的接口来对其进行访问。n“黑盒”复用，因为被包含对象的内部细节对外是不可见。n封装性好。n实现上的相互依赖性比较小。n每一个类只专注于一项任务。n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。组合优点6/16/202246n从而导致系统中的对象过多。n为了能将

20、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。组合缺点6/16/202247n(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。n泛化类(超类)可以显式地捕获那些公共的属性和方法。n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6/16/202248n容易进行新的实现，因为其大多数可继承而来。n易于修改或扩展那些被复用的实现。继承优点6/16/202249n破坏了封装性，因为这会将父类的实现细节暴露给子类。n“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。n当父类的实现更改时，子类也不得不会随之更改。n从父

21、类继承来的实现将不能在运行期间进行改变。继承缺点6/16/202250n仅当下列的所有标准被满足时，方可使用继承：1.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”。2.子类的一个实例永远不需要转化(transmute)为其它类的一个对象。3.子类是对其父类的职责(responsibility)进行扩展，而非重写或废除(nullify)。4.子类没有对那些仅作为一个工具类(utility class)的功能进行扩展。Coad规则6/16/202251例PersonNameAddressStudentSchoolEmployeeSalary6/16/202252n组合与继承都是重要

22、的重用方法n在OO开发的早期，继承被过度地使用n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n当然可以通过继承，以扩充可用的组合类集。n因此组合与继承可以一起工作n但是我们的基本法则是：优先使用对象组合，而非(类)继承小结6/16/202253nLaw of Demetern又称 最少知识原则，一个对象应该对其他对象尽可能少的了解。5.迪米特法则 (LoD)6/16/202254n控制信息过载，提高封装能力。n1.创建弱耦合类，利于复用n2.降低成员访问权限n3.设计不变类广义6/16/202255n如果两个类不必彼此通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其

23、中的一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可通过第三者转发这个调用。狭义6/16/202256Void Someone:Operation1(Friend friend) Stranger stranger = friend.provide(); stranger.Operation3();Stranger Friend:provide() return stranger;例6/16/202257n满足LOD吗？思考6/16/202258n使用多个专门的接口比使用单一的总接口好。n一个类对另一个类的依赖性应建立在最小的接口上。6.接口隔离原则 (ISP)6/16/202259n定制服务:为同

24、一角色提供宽窄不同的接口。n(承诺多，维护难)ISP6/16/202260w如果类的接口不是内聚的，就表示该类具有“胖”的接口。wISP建议客户程序不应该看到它们作为单一的类存在。客户程序看到的应该是多个具有内聚接口的抽象基类。6/16/202261w现在，考虑自动取款机（ATM)wATM需要一个非常灵活的用户界面。它的输出信息需要被转换成许多不同的语言。输出信息可能被显示在屏幕上，或者通过语音器说出来。显然界面需要创建一个抽象基类w同样可以把每个ATM可以执行的操作封装为类Transaction的派生类。有DepositTransaction,WithdrawTransaction以及TransferTransaction,每个类都调用UI的方法。w如何设计是违反LSP和遵守LSP？6/16/202262单一职责原则（SRP）RectangleDraw()Area()ComputationalGeometryApplicationGraphicalApplication6/16/202263wModem示例nDial()nHangup()nSend()nReceive()w却显示两个职责n连接管理n数据通信