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1、 面向对象与面向对象与UML Object-Oriented and UML 面向对象设计原则面向对象设计原则 Object-Oriented Design Principles -3-3-面向对象的基本设计原则面向对象的基本设计原则（1）LSP：Liskov(里氏里氏)替换原则替换原则 Liskov Substitution Principle（2）OCP：开放：开放-封闭原则封闭原则 Open-Close Principle（3）SRP：单一职责原则：单一职责原则 Single Responsibility Principle（4）ISP：接口隔离原则：接口隔离原则 Interface S
2、egregation Principle （5）DIP：依赖倒置原则：依赖倒置原则 Dependency Inversion Principle（6）CARP:组合组合/聚合复用原则聚合复用原则 Composite/Aggregate Reuse Principle（7）LOD(LKP):迪米特法则迪米特法则(最少知道原则最少知道原则)Law of Demeter(Least Knowledge Principle)CARP 组合组合/聚合复用原则聚合复用原则(Composite/Aggregate Reuse Principle)在在面向对象设计中，可以通过两种基本方法在不同的环境中复用已有
3、面向对象设计中，可以通过两种基本方法在不同的环境中复用已有的设计和实现的设计和实现:(1)继承继承(2)组合组合/聚合聚合 继承复用继承复用通过通过扩展一个已有的类来得到新的类扩展一个已有的类来得到新的类。基类明显地捕获共同的属性和方法，而派生类通过继承基类的属性和基类明显地捕获共同的属性和方法，而派生类通过继承基类的属性和方法，并通过增加新的属性和方法来扩展基类的实现。方法，并通过增加新的属性和方法来扩展基类的实现。继承是类型的复用。继承是类型的复用。继承复用继承复用 使用继承来进行复用的优缺点使用继承来进行复用的优缺点 优点：优点：1)实现较为容易，因为基类的大部分功能可以通过继承的关系自
4、动进入派实现较为容易，因为基类的大部分功能可以通过继承的关系自动进入派生类。生类。2)修改和扩展继承而来的实现较为容易。修改和扩展继承而来的实现较为容易。缺点：缺点：1)继承复用破坏封装，因为继承将基类的实现细节暴露给派生类。由于基继承复用破坏封装，因为继承将基类的实现细节暴露给派生类。由于基类的内部细节常常是对于派生类透明的，所以这种复用是透明的复用，又类的内部细节常常是对于派生类透明的，所以这种复用是透明的复用，又称“白箱”复用。称“白箱”复用。2)如果基类的实现发生改变，那么派生类的实现也不得不发生改变。如果基类的实现发生改变，那么派生类的实现也不得不发生改变。3)从基类继承而来的实现是
5、静态的，不可能在运行时间内发生改变，没有从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时间内发生改变，没有足够的灵活性。足够的灵活性。4)继承只能在有限的环境中使用。（例如多继承的语言限制）继承只能在有限的环境中使用。（例如多继承的语言限制）什么是组合？什么是聚合？什么是组合？什么是聚合？组合（组合（Composition）和和聚合（聚合（Aggregation）都是对象建模中关联都是对象建模中关联（Association）关系的特殊种类。）关系的特殊种类。聚合聚合表示整体与部分的关系，表示“含有”，整体由部分组合而成，表示整体与部分的关系，表示“含有”，整体由部分组合而成，部分可以脱离整体作为一
6、个独立的个体存在。部分可以脱离整体作为一个独立的个体存在。组合组合则是一种更强的聚合，部分组成整体，而且不可分割，部分不能则是一种更强的聚合，部分组成整体，而且不可分割，部分不能脱离整体而单独存在。部分和整体的生命周期一样，组合的新的对象脱离整体而单独存在。部分和整体的生命周期一样，组合的新的对象完全支配其组成部分，包括它们的创建和撤销等。一个组合关系的部完全支配其组成部分，包括它们的创建和撤销等。一个组合关系的部分对象是不能与另一个组合关系共享。分对象是不能与另一个组合关系共享。组合是值的聚合（组合是值的聚合（Aggregation by Value），而聚合是引用的聚合），而聚合是引用的聚
7、合（Aggregation by Reference）。）。组合组合/聚合复用聚合复用 由于由于组合组合/聚合聚合可以将已有的对象（部分）纳入到新对象（整体）中，可以将已有的对象（部分）纳入到新对象（整体）中，使之成为新对象的一部分，因此新的对象（整体）可以调用已有对象使之成为新对象的一部分，因此新的对象（整体）可以调用已有对象（部分）的功能来达到复用的目的（部分）的功能来达到复用的目的。使用组合使用组合/聚合来进行复用的聚合来进行复用的优缺点优缺点 优点：优点：1)新新对象存取成员对象的唯一方法是通过成员对象的接口对象存取成员对象的唯一方法是通过成员对象的接口。2)这种这种复用是“黑箱”复用
8、，因为成员对象的内部细节是新对象所看不见复用是“黑箱”复用，因为成员对象的内部细节是新对象所看不见的。的。3)这种复用支持封装。这种复用支持封装。4)这种复用所需的依赖较少。这种复用所需的依赖较少。5)每一个新的类可以将焦点集中在一个任务上。每一个新的类可以将焦点集中在一个任务上。6)这种复用可以在运行时间内动态进行，新对象可以动态的引用与成员对这种复用可以在运行时间内动态进行，新对象可以动态的引用与成员对象类型相同的对象。（抽象对象成员）象类型相同的对象。（抽象对象成员）7)作为复用手段可以应用到几乎任何环境中去。作为复用手段可以应用到几乎任何环境中去。缺点缺点:1)通过这种复用建造的系统会
9、有较多的对象需要管理。通过这种复用建造的系统会有较多的对象需要管理。2)为了能将多个不同的对象作为组合块（为了能将多个不同的对象作为组合块（composition block）来使用，必）来使用，必须仔细地对接口进行定义。须仔细地对接口进行定义。选择组合选择组合/聚合复用或继承复用？聚合复用或继承复用？要正确的选择组合要正确的选择组合/聚合复用和继承复用，必须透彻地理解聚合复用和继承复用，必须透彻地理解里氏替换里氏替换原则原则和和Coad法则法则。Coad法则法则-什么时候使用继承关系？什么时候使用继承关系？Coad法则法则由由Peter Coad提出，总结了一些什么时候使用继承作为复用的条件
10、。提出，总结了一些什么时候使用继承作为复用的条件。Coad法则：只有当以下法则：只有当以下Coad条件全部被满足时，才应当使用继承关系：条件全部被满足时，才应当使用继承关系：(1)子类是父类的一个特殊种类，而不是父类的一个角色。区分“子类是父类的一个特殊种类，而不是父类的一个角色。区分“Has-A”和“和“Is-A”。只有“。只有“Is-A”关系才符合继承关系，“关系才符合继承关系，“Has-A”关系应当用聚合或组合来描关系应当用聚合或组合来描述。述。(2)永远不会出现需要将子类换成另外一个类的子类的情况。如果不能肯定将来永远不会出现需要将子类换成另外一个类的子类的情况。如果不能肯定将来是否会
11、变成另外一个子类的话，就不要使用继承。是否会变成另外一个子类的话，就不要使用继承。(3)子类具有扩展父类的责任，而不是具有置换掉（子类具有扩展父类的责任，而不是具有置换掉（override）或注销掉（）或注销掉（Nullify）父类的责任。如果一个子类需要大量的置换掉父类的行为，那么这个类就不应该父类的责任。如果一个子类需要大量的置换掉父类的行为，那么这个类就不应该是这个父类的子类。是这个父类的子类。(4)只有在分类学角度上有意义时，才可以使用继承。不要从工具类继承。只有在分类学角度上有意义时，才可以使用继承。不要从工具类继承。什么时候使用组合什么时候使用组合/聚合复用？聚合复用？（1）要避免
12、在系统设计中出现“一个类的继承层次超过）要避免在系统设计中出现“一个类的继承层次超过3层”，如果出层”，如果出现则需考虑重构代码，或者重新设计结构。最好的办法就是考虑使用现则需考虑重构代码，或者重新设计结构。最好的办法就是考虑使用组合组合/聚合复用。聚合复用。（2）只有两个类满足里氏代换原则的时候，才可能是“）只有两个类满足里氏代换原则的时候，才可能是“is-a”关系。也关系。也就是说，如果两个类是“就是说，如果两个类是“has-a”关系，但是设计成了继承，那么肯定关系，但是设计成了继承，那么肯定违反里氏代换原则，要使用组合违反里氏代换原则，要使用组合/聚合复用。聚合复用。优先使用对象的组合优
13、先使用对象的组合/聚合将有助于保持每个类被封装，并被集中在单个聚合将有助于保持每个类被封装，并被集中在单个任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不可控制的庞然大物。可控制的庞然大物。常见错误常见错误 错误地使用继承而不是组合错误地使用继承而不是组合/聚合的一个常见原因是错误的把“聚合的一个常见原因是错误的把“Has-A”当成了“当成了“IsA”。“IsA”代表一个类是另外一个类的一种特殊形式；代表一个类是另外一个类的一种特殊形式；“Has-A”代表一个类是另外一个类的一个角色或组成部分，而不是另代表一个类是另外
14、一个类的一个角色或组成部分，而不是另外一个类的特殊种类。外一个类的特殊种类。实例实例1 如果我们把“人”当成一个类，然后把“雇员”，如果我们把“人”当成一个类，然后把“雇员”，“经理”，“学生”当成是“人”的子类。“经理”，“学生”当成是“人”的子类。-这个错误在于把“角色”的等级结构和“人”的这个错误在于把“角色”的等级结构和“人”的等级结构混淆了。等级结构混淆了。“经理”，“雇员”，“学生”是一个人的角色，“经理”，“雇员”，“学生”是一个人的角色，一个人可以同时拥有上述角色。如果按继承来设一个人可以同时拥有上述角色。如果按继承来设计，计，一个人无法同时拥有多个角色，一个人无法同时拥有多个
15、角色，如果一个人如果一个人是雇员的话，就不可能是经理，也不可能是学生，是雇员的话，就不可能是经理，也不可能是学生，这显然不合理。这显然不合理。正确的设计是有个抽象类“角色”，“人”可以正确的设计是有个抽象类“角色”，“人”可以拥有多个“角色”（聚合），“雇员”，“经拥有多个“角色”（聚合），“雇员”，“经理”，“学生”是“角色”的子类。理”，“学生”是“角色”的子类。注意注意 里氏替换原则里氏替换原则是是继承复用的基础继承复用的基础。只有两个类满足里氏替换原则的时候，才可能是“只有两个类满足里氏替换原则的时候，才可能是“Is-A”关系。关系。如果两个类是“如果两个类是“Has-A”关系而非“关
16、系而非“Is-A”关系，但是设计成了继承，关系，但是设计成了继承，那么肯定违反里氏替换原则。那么肯定违反里氏替换原则。CARP 组合组合/聚合复用原则聚合复用原则(Composite/Aggregate Reuse Principle)CARP组合组合/聚合复用原则聚合复用原则，又称为合成复用原则又称为合成复用原则(Composite Reuse Principle,CRP):在复用关系的选择上，建议在复用关系的选择上，建议优先使用组合优先使用组合/聚合复用，聚合复用，少用继承来达到复用的目的。少用继承来达到复用的目的。1.组合组合/聚合可以聚合可以使系统更加灵活使系统更加灵活，类与类之间的类
17、与类之间的耦合度降低耦合度降低，一个类的变化一个类的变化对其他类造成的影响相对较少对其他类造成的影响相对较少，因此一般因此一般首选使用组合首选使用组合/聚合来实现复用聚合来实现复用；2.其次才考虑继承其次才考虑继承，在使用继承时在使用继承时，需要严格遵循里氏代换原则需要严格遵循里氏代换原则，有效使用有效使用继承会有助于对问题的理解继承会有助于对问题的理解，降低复杂度降低复杂度，而滥用继承反而会增加系统构而滥用继承反而会增加系统构建和维护的难度以及系统的复杂度建和维护的难度以及系统的复杂度，因此需要因此需要慎重使用继承复用慎重使用继承复用。实例实例2 2-继承复用继承复用 某教学管理系统部分数据
18、库访问类的设计某教学管理系统部分数据库访问类的设计 :int:List:TeacherDTOsave(TeacherDTO teacher)findAllTeachers()findTeacherById(String id)+TeacherDAO:int:List:StudentDTOsave(StudentDTO student)findAllStudents()findStudentById(String id)+StudentDAO:ConnectiongetConnection()+DBUtil需求变动需求变动1：更换数据库连接方式，原来采用更换数据库连接方式，原来采用JDBC连接数
19、据库连接数据库，现在采用现在采用数据库连接池数据库连接池连接连接 应对方案：应对方案：需要需要修改修改DBUtil类类源代码或者源代码或者将将DBUtil类更换为类更换为NewDBUtil类类。采用采用JDBC连接数据库连接数据库 :int:List:TeacherDTOsave(TeacherDTO teacher)findAllTeachers()findTeacherById(String id)+TeacherDAO:int:List:StudentDTOsave(StudentDTO student)findAllStudents()findStudentById(String id
20、)+StudentDAO:ConnectiongetConnection()+DBUtil采用采用JDBC连接数据库连接数据库 采用数据库采用数据库连接池连接池 违背开闭原则违背开闭原则 实例实例2 2 某教学管理系统部分数据库访问类设计如图某教学管理系统部分数据库访问类设计如图 :int:List:TeacherDTOsave(TeacherDTO teacher)findAllTeachers()findTeacherById(String id)+TeacherDAO:int:List:StudentDTOsave(StudentDTO student)findAllStudents()
21、findStudentById(String id)+StudentDAO:ConnectiongetConnection()+DBUtil需求变动需求变动2：如果如果StudentDAO采用采用JDBC连接数据库连接数据库，但是，但是TeacherDAO采用连接池连接数据库采用连接池连接数据库。应对方案：应对方案：增加一个新的增加一个新的NewDBUtil类类，并，并修改修改TeacherDAO的源代码的源代码，使之继承新的数据库连接类。，使之继承新的数据库连接类。采用采用JDBC连接数据库连接数据库 :int:List:TeacherDTOsave(TeacherDTO teacher)f
22、indAllTeachers()findTeacherById(String id)+TeacherDAO:int:List:StudentDTOsave(StudentDTO student)findAllStudents()findStudentById(String id)+StudentDAO:ConnectiongetConnection()+DBUtil违背开闭原则，系统扩展性较差。违背开闭原则，系统扩展性较差。采用采用JDBC连接数据库连接数据库 采用数据采用数据库连接池库连接池 现使用现使用CARP 组合组合/聚合复用原则进行重构。聚合复用原则进行重构。实例实例2 2组合聚合复
23、用组合聚合复用 计算机与控制工程学院计算机与控制工程学院 郭艳燕郭艳燕:ConnectiongetConnection()+NewDBUtil:int:List:TeacherDTO:voidsave(TeacherDTO teacher)findAllTeachers()findTeacherById(String id)setDBOperator(DBUtil dBOperator)+:DBUtildBOperator-TeacherDAO:int:List:StudentDTO:voidsave(StudentDTO student)findAllStudents()findStuden
24、tById(String id)setDBOperator(DBUtil dBOperator)+:DBUtildBOperator-StudentDAO:ConnectiongetConnection()+DBUtil符合开闭原则，符合开闭原则，系统扩展性好。系统扩展性好。总结总结 组合聚合与继承都是重要的复用方法组合聚合与继承都是重要的复用方法。在在OO开发的早期，继承被过度地使用开发的早期，继承被过度地使用。随着时间的发展，人们发现优先使用组合聚合可以获得复用性与简单随着时间的发展，人们发现优先使用组合聚合可以获得复用性与简单性更佳的设计。性更佳的设计。可以通过继承，扩充（可以通过继承，扩充（enlarge）可用的组合类集（）可用的组合类集（the set of composable classes）。）。组合聚合与继承可以一起工作。组合聚合与继承可以一起工作。复用的基本原则是复用的基本原则是组合聚合复用原则组合聚合复用原则：优先使用组合聚合复用，而非：优先使用组合聚合复用，而非继承复用。继承复用。本章小结本章小结