《類和對(duì)象的設(shè)計(jì)》課件

類和對(duì)象的設(shè)計(jì)面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍顚?duì)象封裝了數(shù)據(jù)和行為課程大綱類和對(duì)象概述介紹類和對(duì)象的基本概念，解釋它們?cè)诿嫦驅(qū)ο缶幊讨械闹匾?。類的定義和特點(diǎn)深入探討類的定義方式、屬性和方法，以及封裝的概念。對(duì)象創(chuàng)建與操作學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建對(duì)象、訪問成員變量和調(diào)用成員函數(shù)。繼承與多態(tài)解釋繼承和多態(tài)的機(jī)制，以及它們?cè)诖a復(fù)用和擴(kuò)展性方面的優(yōu)勢(shì)。什么是類和對(duì)象類和對(duì)象是面向?qū)ο缶幊讨械膬蓚€(gè)核心概念，是軟件開發(fā)中的基本單元。類是抽象的模板，定義了對(duì)象的屬性和行為，而對(duì)象則是類的具體實(shí)例。類的定義和特點(diǎn)類定義類是對(duì)象的藍(lán)圖，它定義了對(duì)象應(yīng)該具有的屬性和方法。類的特點(diǎn)類是抽象的，它描述了對(duì)象應(yīng)該具有的特征和行為，而不是具體的實(shí)例。類的結(jié)構(gòu)類通常包括成員變量和成員函數(shù)，用于描述對(duì)象的屬性和行為。對(duì)象的概念和特點(diǎn)實(shí)際存在對(duì)象是現(xiàn)實(shí)世界中事物的抽象，例如學(xué)生、書籍、汽車等。數(shù)據(jù)和操作每個(gè)對(duì)象都包含數(shù)據(jù)（屬性）和操作（方法）唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)對(duì)象都有唯一的標(biāo)識(shí)，可以區(qū)分不同的對(duì)象。狀態(tài)和行為對(duì)象的狀態(tài)由其屬性值決定，行為由其方法實(shí)現(xiàn)。類的創(chuàng)建和實(shí)例化類是對(duì)象的模板，定義了對(duì)象的行為和屬性。通過實(shí)例化類，我們可以創(chuàng)建實(shí)際的對(duì)象。實(shí)例化過程包括創(chuàng)建對(duì)象的內(nèi)存空間，并為其成員變量分配內(nèi)存。1定義類使用關(guān)鍵字class來定義類，并指定類名。2創(chuàng)建對(duì)象使用類名來創(chuàng)建對(duì)象，并用等號(hào)賦值。3訪問成員通過對(duì)象名訪問成員變量和成員函數(shù)。實(shí)例化過程需要明確指定類名和對(duì)象名，以便程序能夠正確創(chuàng)建對(duì)象并管理內(nèi)存空間。成員變量和成員函數(shù)11.成員變量成員變量是類中定義的變量，用于存儲(chǔ)對(duì)象的狀態(tài)。它們通常是私有的，只能通過類的方法訪問。22.成員函數(shù)成員函數(shù)是類中定義的函數(shù)，它們用于操作對(duì)象的狀態(tài)。它們通常是公有的，可以從類的外部訪問。33.作用成員變量和成員函數(shù)共同定義了類的行為和狀態(tài)，是類最重要的組成部分。44.舉例例如，一個(gè)汽車類可以包含成員變量，如品牌、顏色和速度，以及成員函數(shù)，如加速、剎車和轉(zhuǎn)向。訪問修飾符公共訪問使用public關(guān)鍵字。任何類或?qū)ο蠖伎梢栽L問。私有訪問使用private關(guān)鍵字。只能在當(dāng)前類中訪問。受保護(hù)訪問使用protected關(guān)鍵字。當(dāng)前類以及子類可以訪問。默認(rèn)訪問不使用任何關(guān)鍵字。僅在同一個(gè)包中訪問。構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)1構(gòu)造函數(shù)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)調(diào)用，初始化成員變量。2析構(gòu)函數(shù)對(duì)象銷毀時(shí)自動(dòng)調(diào)用，釋放資源。3構(gòu)造函數(shù)重載多個(gè)構(gòu)造函數(shù)，提供不同的初始化方式。4析構(gòu)函數(shù)特點(diǎn)不能被重載，只能有一個(gè)。封裝與信息隱藏封裝的意義封裝將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法結(jié)合在一起，提高代碼的可維護(hù)性和可重用性。隱藏內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只暴露必要接口，使代碼更容易理解和修改。信息隱藏的作用信息隱藏可以保護(hù)數(shù)據(jù)安全，防止外部代碼惡意訪問或修改。它可以提高代碼的可靠性和穩(wěn)定性，避免錯(cuò)誤的傳播。繼承的概念與特點(diǎn)代碼復(fù)用繼承允許創(chuàng)建新的類，繼承現(xiàn)有類的屬性和方法，無需重復(fù)編寫代碼。層次結(jié)構(gòu)繼承建立了類之間的層次關(guān)系，更清晰地描述了對(duì)象之間的關(guān)系。多態(tài)性子類可以重寫父類的方法，實(shí)現(xiàn)不同的行為，增強(qiáng)代碼靈活性。單繼承和多繼承單繼承一個(gè)子類只繼承自一個(gè)父類。這是一種簡(jiǎn)單的繼承方式，易于理解和實(shí)現(xiàn)。多繼承一個(gè)子類可以繼承自多個(gè)父類。它允許子類繼承來自多個(gè)父類的特性，但可能導(dǎo)致復(fù)雜性增加。選擇繼承類型選擇單繼承或多繼承取決于具體的設(shè)計(jì)需求，要權(quán)衡復(fù)雜性和代碼可讀性。重寫和重載方法重寫子類重寫父類的方法，實(shí)現(xiàn)不同功能。方法重載同一個(gè)類中，方法名相同，參數(shù)列表不同。多態(tài)性11.統(tǒng)一接口不同類型的對(duì)象，通過同一個(gè)接口，實(shí)現(xiàn)不同的功能。22.代碼復(fù)用使用同一個(gè)代碼塊，處理不同類型的對(duì)象。33.代碼簡(jiǎn)潔減少代碼冗余，提高代碼可讀性。44.靈活擴(kuò)展通過添加新類，擴(kuò)展功能，無需修改已有代碼。抽象類和接口抽象類抽象類不能被實(shí)例化，它們是用來定義通用的方法和屬性，供子類繼承和實(shí)現(xiàn)。接口接口定義了一組方法，但不實(shí)現(xiàn)它們，供實(shí)現(xiàn)接口的類來實(shí)現(xiàn)。繼承與實(shí)現(xiàn)抽象類用于繼承，接口用于實(shí)現(xiàn)，它們是面向?qū)ο缶幊讨械闹匾拍睢?nèi)部類和匿名類內(nèi)部類內(nèi)部類定義在另一個(gè)類內(nèi)部，可以訪問外部類的成員變量和方法。匿名類匿名類沒有顯式名稱，常用于簡(jiǎn)化代碼，例如作為回調(diào)函數(shù)使用。優(yōu)勢(shì)內(nèi)部類和匿名類增強(qiáng)代碼封裝性和可讀性，簡(jiǎn)化代碼結(jié)構(gòu)。應(yīng)用場(chǎng)景在需要訪問外部類成員或簡(jiǎn)化代碼時(shí)使用內(nèi)部類和匿名類?？偨Y(jié)類與對(duì)象的重要性代碼重用性類和對(duì)象促進(jìn)代碼重用，減少重復(fù)代碼，提高開發(fā)效率。例如，創(chuàng)建“汽車”類后，可以創(chuàng)建多個(gè)汽車對(duì)象，無需重復(fù)編寫代碼。程序結(jié)構(gòu)清晰類和對(duì)象使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于理解和維護(hù)。將代碼組織成類和對(duì)象，有利于程序的可讀性和可擴(kuò)展性。提高代碼可維護(hù)性類和對(duì)象可以將復(fù)雜問題分解成更小的模塊，便于修改和調(diào)試。通過修改類或?qū)ο蟮男袨椋梢暂p松地調(diào)整程序的功能。實(shí)踐案例一：銀行賬戶1賬戶創(chuàng)建創(chuàng)建一個(gè)新的銀行賬戶，包括賬號(hào)、密碼、姓名、地址等信息。2存款與取款用戶可以通過ATM機(jī)、網(wǎng)上銀行或手機(jī)銀行進(jìn)行存款和取款操作。3轉(zhuǎn)賬用戶可以將資金轉(zhuǎn)賬到其他賬戶，如朋友、家人或商戶。4查詢余額用戶可以通過ATM機(jī)、網(wǎng)上銀行或手機(jī)銀行查詢賬戶余額。實(shí)踐案例二：圖形界面用戶界面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用戶界面布局，包括按鈕、文本框、下拉菜單等元素。事件處理編寫代碼以響應(yīng)用戶操作，例如按鈕點(diǎn)擊、文本輸入等。數(shù)據(jù)顯示使用類和對(duì)象來存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，并在界面上顯示。界面更新根據(jù)用戶操作或數(shù)據(jù)變化，更新界面內(nèi)容。實(shí)踐案例三：學(xué)生管理系統(tǒng)1學(xué)生信息維護(hù)添加、刪除、修改學(xué)生信息2成績(jī)管理錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)成績(jī)3課程管理添加、刪除、修改課程信息4用戶權(quán)限控制教師、學(xué)生、管理員不同權(quán)限學(xué)生管理系統(tǒng)是常見的應(yīng)用場(chǎng)景，需要處理學(xué)生信息、成績(jī)、課程等數(shù)據(jù)。利用類和對(duì)象的設(shè)計(jì)思想，可以清晰地組織和管理這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。設(shè)計(jì)模式概述結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)模式提供預(yù)定義的解決方案，簡(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)，提高代碼可讀性和可維護(hù)性。復(fù)用性模式可被重復(fù)使用，避免重復(fù)編寫代碼，提高開發(fā)效率，減少錯(cuò)誤?？蓴U(kuò)展性設(shè)計(jì)模式使代碼易于修改和擴(kuò)展，適應(yīng)新的需求，提高系統(tǒng)靈活性?？勺x性模式提高代碼可讀性，易于理解，便于團(tuán)隊(duì)協(xié)作，降低維護(hù)成本。單例模式定義確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪問點(diǎn)。例如，在應(yīng)用程序中，通常只有一個(gè)配置對(duì)象，可以使用單例模式確保只有一個(gè)配置對(duì)象實(shí)例。優(yōu)勢(shì)控制資源使用，避免過度實(shí)例化造成的資源浪費(fèi)。例如，在數(shù)據(jù)庫連接中，使用單例模式可以確保只有一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接，避免重復(fù)連接帶來的性能損耗。實(shí)現(xiàn)使用私有構(gòu)造函數(shù)來阻止直接實(shí)例化，并提供一個(gè)公共的靜態(tài)方法來獲取唯一的實(shí)例。例如，可以使用一個(gè)私有靜態(tài)變量來存儲(chǔ)唯一的實(shí)例，并在靜態(tài)方法中返回該實(shí)例。工廠模式創(chuàng)建對(duì)象通過工廠類來創(chuàng)建對(duì)象，隱藏創(chuàng)建對(duì)象的邏輯。統(tǒng)一接口所有創(chuàng)建的對(duì)象都通過工廠類獲取，提供統(tǒng)一的接口。靈活擴(kuò)展可以輕松添加新的產(chǎn)品類型，無需修改現(xiàn)有代碼。策略模式1定義策略模式定義了一系列算法，并將每個(gè)算法封裝成獨(dú)立的類，以便在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要選擇并使用不同的算法。2優(yōu)勢(shì)策略模式提高代碼的可擴(kuò)展性和靈活性，方便在不修改現(xiàn)有代碼的情況下添加新的算法。3應(yīng)用場(chǎng)景例如，在電商平臺(tái)中，可以選擇不同的配送方式，每種配送方式對(duì)應(yīng)一個(gè)策略類。4示例策略模式可以應(yīng)用于不同的場(chǎng)景，如排序、加密、支付等。觀察者模式定義觀察者模式是一種行為模式，它允許對(duì)象之間建立一對(duì)多的依賴關(guān)系。應(yīng)用當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都會(huì)得到通知并自動(dòng)更新。優(yōu)勢(shì)提高了系統(tǒng)的靈活性，降低了代碼耦合度，方便系統(tǒng)擴(kuò)展。示例例如，一個(gè)氣象站可以將溫度、濕度等數(shù)據(jù)發(fā)送給多個(gè)用戶。裝飾者模式動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能在不改變?cè)袑?duì)象的基礎(chǔ)上，通過裝飾者對(duì)象來增強(qiáng)其功能，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。靈活性和可維護(hù)性裝飾者模式可以根據(jù)需要選擇不同的裝飾器來組合不同的功能，提高代碼的可維護(hù)性和靈活性。職責(zé)分離將核心功能和裝飾功能分離，使得代碼更加清晰易懂，也方便維護(hù)和擴(kuò)展。適配器模式定義適配器模式是將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個(gè)接口。適配器模式讓原本接口不兼容的類可以協(xié)同工作。應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)現(xiàn)有類與目標(biāo)接口不兼容時(shí)，可以使用適配器模式來解決。橋接模式分離抽象與實(shí)現(xiàn)橋接模式將抽象部分與實(shí)現(xiàn)部分分離，使兩者可以獨(dú)立變化，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。降低耦合度抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分之間通過接口或抽象類進(jìn)行連接，降低了它們之間的耦合度，使修改更容易。提高可維護(hù)性橋接模式將抽象與實(shí)現(xiàn)解耦，使得系統(tǒng)更容易維護(hù)和修改，也更易于擴(kuò)展新功能。模板方法模式11.定義模板方法定義一個(gè)算法骨架，并將某些步驟延遲到子類中實(shí)現(xiàn)。22.子類實(shí)現(xiàn)步驟子類可以重