面向对象分析与设计及原则详解

### 面向对象分析与设计及原则详解 在软件开发中，面向对象分析与设计是至关重要的环节，同时遵循一系列设计原则能让我们的设计更加优秀。下面将详细介绍相关内容。 #### 1. 抽象类与面向对象分析设计概述 抽象类是实际具体类的模板，它封装了共享行为并为所有子类定义协议。抽象类定义行为并设置公共状态，具体子类继承并实现这些行为。需要注意的是，抽象类不能被实例化，必须创建一个新的具体类来扩展抽象类。当在两个或多个地方发现共同行为时，应将该行为抽象到一个类中，然后在具体类中复用。 在面向对象分析中，要明确目标，完善已创建的功能列表，生成客户需求的模型，最终得到程序应具备的基本功能描述，构建问题域及其解决方案的概念模型。该模型包含用户故事、场景、用例、初步类图、用户界面故事板等。 在设计阶段，依据概念模型创建最终会转化为代码的类，得到程序如何实现概念模型以及满足客户需求的描述，即解决方案的对象模型。此模型由相关类图组、它们之间的关联以及相互交互的描述组成，包括每个类的编程接口。 #### 2. 面向对象设计的常见特点 设计具有以下特点： - **目的明确**：描述事物在特定上下文中的工作方式，通过需求（功能列表、用户故事和用例）来定义上下文。 - **信息充足**：设计中要有足够的信息，以便他人能够正确实现程序。 - **风格多样**：如同不同的房屋建筑风格，设计类型取决于要构建的内容和上下文。 - **细节层次不同**：不同的人在实现设计时需要不同层次的细节，就像建造房屋时，框架木匠、电工、水管工和装修木匠所需的细节不同。 #### 3. 九项基本设计原则 以下是九项基本的面向对象设计原则： 1. **封装可能变化的部分**：将类中相对稳定的特征和方法与可能变化的部分分离，保护类免受不必要的更改，提高灵活性和可维护性。 2. **针对接口编程而非实现**：避免直接针对具体实现编程，而是使用接口，这样程序更易于扩展和修改。 3. **开闭原则（OCP）**：类应该对扩展开放，对修改关闭。通过将不变的行为抽象到基类，将变化的行为封装在子类中。 4. **不要重复自己原则（DRY）**：避免重复代码，将共同的部分抽象到一个地方，确保每个需求只在一个地方实现。 5. **单一职责原则（SRP）**：每个对象应该只有一个责任，所有服务都应围绕该责任展开，每个类应该只有一个改变的原因。 6. **里氏替换原则（LSP）**：子类必须能够替换其父类，继承关系应该设计良好。 7. **依赖倒置原则（DIP）**：不要依赖具体类，而应依赖抽象。 8. **接口隔离原则（ISP）**：客户端不应依赖它们不需要的接口。 9. **最少知识原则（PLK，也称为迪米特法则）**：只与直接的朋友交流，对象之间的交互应该松散耦合，接口定义明确。 #### 4. 封装可能变化的部分原则详解 该原则旨在保护类免受不必要的更改，将类中相对稳定的特征和方法与可能变化的部分分离。例如，创建一个名为`Violinist`的类，其中`setUpMusic()`和`tuneInstrument()`方法相对稳定，而`play()`方法会因演奏风格不同而变化。可以将`play()`方法抽象出来并封装到另一个类中，增加设计的灵活性。 以下是`Violinist`类的示例： ```java // 假设Violinist类 class Violinist { public void setUpMusic() { // 稳定的方法实现 } public void tuneInstrument() { // 稳定的方法实现 } public void play() { // 不同演奏风格可能导致该方法变化 } } ``` #### 5. 针对接口编程而非实现原则详解 以二维几何形状建模程序为例，创建一个`Point`类表示二维中的点，一个`Shape`接口抽象出所有形状的共同属性（面积和周长）。如果直接针对具体形状的实现编程，会导致代码冗余，效率低下。而针对接口编程，可以利用接口实现多态性，使程序更易于扩展和修改。 以下是相关代码示例： ```java import java.util.*; // 定义Shape接口 interface Shape { double computeArea(); double computePerimeter(); } // 定义Point类 class Point { double x; double y; public Point(double x, double y) { this.x = x; this.y = y; } } // 定义Rectangle类实现Shape接口 class Rectangle implements Shape { int width; int height; public Rectangle(int width, int height) { this.width = width; this.height = height; } @Override public double computeArea() { return width * height; } @Override public double computePerimeter() { return 2 * (width + height); } } // 定义Circle类实现Shape接口 class Circle implements Shape { int radius; public Circle(int radius) { this.radius = radius; } @Override public double computeArea() { return Math.PI * radius * radius; } @Override public double computePerimeter() { return 2 * Math.PI * radius; } } // 定义Triangle类实现Shape接口 class Triangle implements Shape { Point p1; Point p2; Point p3; public Triangle(Point p1, Point p2, Point p3) { this.p1 = p1; this.p2 = p2; this.p3 = p3; } @Override public double computeArea() { // 计算三角形面积的具体实现 return 0; } @Override public double computePerimeter() { // 计算三角形周长的具体实现 return 0; ```