软件设计师（面向对象、UML、设计模式）

面向对象

• 类
  • 类是对象的抽象，对象是类的实例
  • 实体类
    • 核心类(现实世界中真实的实体)
  • 接口类(边界类)
    • 为用户提供一种与系统合作交互的方式(系统内和系统外参与者的联系媒介)
  • 控制类
    • 控制活动流，充当协调者(协调类对象之间的交互)
  • 类一般(交通工具)特殊关系(轮船、汽车、飞机) ps就是大范围包含小范围
• 对象
  • 对象是基本的实体，包括数据(属性、状态)、也包括作用于数据的操作(服务、行为、方法)
  • 由对象名、属性、方法三部分组成
  • 对象之间进行通信的一种构造叫作消息
• 方法重载:一个类可以具有多个同名而参数类型列表不同的方法
  • 方法名字相同 参数个数不同
  • 方法名字相同 参数类型不同
  • 方法名字相同 参数类型顺序不同
• 消息：对象发出的服务请求，提供相互通信
• 封装
  • 一个对象把属性和行为封装为一个整体，一种信息隐藏技术。只暴露一个接口
• 继承
  • 父类(超类、基类)和子类(派生类)之间共享数据和方法的机制
  • 一个父类可以有多个子类，只从一个父类得到继承是单重继承，多个是多重继承
  • 子 extends 父 子可以重写覆盖父的方法(覆盖、置换)
• 多态
  • 不同对象收到同一消息产生完全不同的结果。实现收到继承的支持
  • 父类名 对象名 = new 子类名() 编译(静态绑定)看左边，运行(动态绑定)看右边
  • 通用多态
    • 参数多态：应用比较广泛的多态，最纯的多态
    • 包含多态:许多语言都存在，一个类型是另外一个类型的子类型
  • 特定多态
    • 过载多态:同一个名字在不同的上下文中所代表的含义不同
    • 强制多态
• 面向对象设计的原则
  • 单一责任原则:就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原则
  • 开放-封闭原则:对扩展开放，修改关闭
  • 里氏替换原则:基类出现的地方子类一定可以出现
  • 依赖倒置原则：抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象，高层模块不应该依赖于底层模块(依赖于抽象而不依赖于细节(实现))
  • 接口分离原则:依赖于抽象不要依赖于具体
  • 共同重用原则:重用一个包中的类，那么就要重用包中的所有类
  • 共同封闭原则:一个变化若对一个产生影响，则将包中的所有类产生影响，而其他的包不造成任何影响
• 面向对象分析OOA
  • 目的是为了获得对应用问题的理解，理解的目的是确定系统的功能、性能要求
  • 五个步骤
    • 认定对象
      • 在定义(确定)问题域，将自然存在的"名词"作为一个对象
    • 组织对象
    • 描述对象间的相互作用(对象间的相互作用)
    • 确定对象的操作(基于对象的操作)
    • 定义对象的内部信息
• 面向对象设计OOD
  • 将OOA所创建的分析模型转化为设计模式。目标是定义系统构造蓝图(模型图)
  • 理解解决方案，实现系统细节
  • 对应OOA的五个活动:识别类及对象、定义属性、定义服务、识别关系、识别包
• 面向对象程序设计OOP
• 面向对象测试的四个层次:算法层、类层、模板层、系统层
• 拓展
  • 类的静态方法只能访问该类的静态成员变量
  • 静态数据成员可被该类的所有方法访问
  • 该类的对象共享其静态成员的值
  • 对象具有清晰的边界、良好的定义行为、可扩展性
  • 领域类模型包含属性、操作、关联

UML统一建模语言

• UML构造块
  • 事物 是对模型中最具有代表性的成分的抽象
    • 结构事物(名词静态)：类、接口、协作、用例、主动类、构件、制品、结点
    • 行为事物(动词动态):交互(消息)、状态机(状态)、活动(动作)
    • 分组事物(组织部分):包、注释事物(解释部分):注解
  • 关系 把事物结合在一起
  • 图 聚集了相关的事物
  • UML接口可用于声明对象类所需要的服务
• UML的四种关系
  • 依赖:一个独立事物A发生变化会影响另一个依赖事物B的语义 B---->A 虚线代表
  • 关联:结构关系，描述了一组链，链是对象之间的连接
    • 关联是一条直线，在上面可以标注多重度(重复度)和角色 0…1—0…* 一对多
    • 多对多需要创建关联类(新类)
    • 聚集:特殊的类型关联，描述整体和部分间的结构关系
      • 聚合:—◇ 部分整体生命周期不一致，整体消失，部分仍然存在，部分可以脱离整体存在
      • 组合:—◇(实心的)部分整体生命周期一致，整体消失，部分也消失，部分不可以脱离整体存在
  • 关系:子元素(特殊元素)的对象可替代父元素(一般元素)的对象(一个类与多个类的关系)，子共享了父的结构和行为 图形是：一条空心箭头的实线(泛化),指向父元素
  • 实现:一个类元指定了由另一个类元保证执行的契机。图形是：一条空心箭头的虚线,类指向接口
• UML的图

  • 类图

    • 展现一组对象、接口、协作和它们之间的关系 最常见的图
    • 前面的修饰符 :＋共有的 -私有的 # 受保护的 ~包的
    • 用于对系统的静态设计视图建模，视图支持功能需求，三种建模方式使用类图
      • 对系统的词汇建模、对简单的协作建模、对逻辑数据库模式建模

  • 对象图

    • 某一时刻一组对象以及它们之间的关系，描述了实例的静态快照，一般包括对象跟链 图就 对象名:类名 属性(一般都有值了) 没有方法

  • 用例图

    • 对系统的静态用例视图建模时:对系统的语境建模、对系统的需求建模
    • 展现了一组用例、参与者以及它们的关系 (代表用例的图是椭圆)
      • 用例和用例之间有扩展extend、包含include关系
        • A基本用例(包含用例)—《include》–>B被包含用例 执行A之前必定要执行B
        • 一个用例执行的时候，可能壶发生一些特殊的情况或可选的情况，这种情况就是这个用例的扩展用例
          • 扩展用例(特殊的情况)----《extend》—>基本用例
      • 用例与用例以及参与者参与者之间的泛化。
        • 图形是：一条空心箭头的实线,子类指向父元素
      • 参与者与用例之间的关联关系

  • 交互图

    • 对系统的动态方面进行建模，之间的消息传递。交互图一般包含对象、链、消息，表现为序列图、通信图
      • 序列图(顺序图):场景的图形化表示，描述了以时间顺序组织的对象之间的交互活动。交互的对象放图的上方，发起交互的左边，下级的对象右边
        • 序列图有对象生命线，代表是一条垂直的虚线，表示一个对象在一段时间内存在 X就是生命线消失(结束)
        • 序列图有控制焦点，代表是一个瘦高的矩形，表示一个对象执行一个动作所经历的时间段(对象交互的时间段)，既可以是直接执行，也可以是通过下级程序执行。
        • 消息—> <-------返回消息 同步需要等待返回消息 异步则不需要
      • 通信图(协作图):强调收发消息的对象的结构组织(展现了对象之间的消息流及其顺序)
        • 通信图有路径，指出一个对象如何与另外一个对象链接
        • 通信图有顺序号，表示依稀消息的时间顺序

  • 状态图

    • 展现了一个状态机，由状态、转换、事件、和活动组成 。关注系统的动态视图，强调对象行为的事件顺序。反应型对象建模(一个对象)

      • 状态是可以被观察到的系统行为模式，可以既改变状态，又做动作。状态有:初态(黑圆点)、终态(黑圆点加一个圆)、中间状态。

      • 状态图是一个圆角四边形(然后分上中下)，上是状态名称(必须有)中是状态变量的名称和值(可选)下面是活动表(可选)状态之间为状态转换，开始为点火或者触发，初态只能有一个 终态可以多个或者没有

      • 活动图=活动=多个动作组成:事件名(ps响铃)/动作表达式(ps接电话)

        • 三种标准事件名
          

      • 转换(迁移):状态之间为状态转换，是由一条带箭头的线表示

        • 有两个状态 原状态=====》目标状态

      • 事件(会触发转换):就是转换标识上面的事件，是某个时刻发生的事情，它对引起系统动作从一个状态到另外一个状态的外界事件的抽象

        • 表达式:事件说明[监护条件]/动作表达式
          • 同时使用事件说明和监护条件(布尔)，当且仅当事件发生加条件为真，状态转换才发生动作表达式
          • 只有监护条件(布尔)没有事件说明则条件为真，状态转换就可以发生动作表达式(没有标明事件，则内部活动结束后自动转换)

      • 活动(动作)可以在状态内执行，也可以在状态转换(迁移)时执行

      • 组合状态(超状态)包含嵌套状态(子状态)

  • 活动图

    • 一种特殊的状态图，从一个活动到另一个活动的流程。(与状态不同的是实线箭头上没有时间有也是只有[]监护表达式)
    • 对工作流建模、对操作建模，两种使用活动图方式

  • 构架图(组件图)

    • 一组构件之间的组织和依赖。静态实现视图，与类图相关，构件映射为一个或者多个类、接口和协作。
      

  • 部署图

    • 用来对面向对象的物理方面建模的方法，(立体图)静态与构件图相关
    • 展现了系统的软件与硬件之间的关系，在实施阶段使用
    • 部署组件之间的依赖关系类似于包依赖

  • 总结
    

设计模式

• 设计模式的要素

  • 提供相关问题的解决方案，使得人们更加简单方便地复用成功的设计和体系结构
  • 四个要素：模型名称、问题、解决方案、效果
  • 每一个设计模式都集中与一个特定的面向对象设计问题或者设计要点
    

• 创建型设计模式

  • 各种类的信息封装起来，整个系统关于这些对象所知道的是抽象锁定义的接口
  • 工厂方法模式(类)
    • 意图是定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类
    • 适用于当一个类不知道它所创建的对象的类的时候，还有当一个类希望由它的子类来指定它创建的对象的时候
  • 抽象工厂模式
    • 意图是提供一个创建一系列相关或者相互依赖对象的接口，而无须指定它的具体的类
    • 一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时
    • 一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时
    • 当要强调一些列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时
    • 当提供一个产品类库，只想显示它们的接口而不是实现时
    • ps:为图形用户界面组件定义不同平台的并行类层次结构，适合采用抽象工厂
  • 生成器模式
    • 将一个复杂对象的构件与它的表示分离，使得同样的构造过程可以创建不同的表示
    • 适用于当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时
    • 当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时
  • 原型模式
    • 意图是原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象
    • 适用于当一个系统应该独立于它的产品创建、构造和表示时
    • 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载
    • 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时
    • 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时，建立相应数目的原型并克隆它们，可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些
  • 单例模式
    • 意图是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点
    • 适用 当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时
    • 当这个唯一实例应该是子类化可扩展的，并且客户无须更改代码就能使用一个扩展的实例时

• 结构型创建模式

  • 如何组合类和对象以获得更大的结构，采用继承机制来组合接口或实现

  • 适配器模式(类)

    • 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，适配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的哪些类可以一起工作
    • 想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合要求
    • 想创建一个可以复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类协同工作(了解)
    • 想使用一个已经存在的子类，但是不可能对每一个进行子类化以匹配它们的接口，对象适配器可以适配它的父类接口(仅适用于对象)

  • 桥接模式

    • 将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化
      

  • 组合模式

    • 将对象组合树型结构以表示"部分-整体"的层次结构，组合使得用户对单个对象的组合对象的使用具有一致性
    • 适用于想表示对象的部分-整体层次结构
    • 希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象

  • 装饰模式

    • 意图是动态地给一个对象添加一些额外的职责
    • 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责
    • 处理那些可以撤销的职责

  • 外观模式

    • 意图是为子系统的一组接口提供一个一致的界面
    • 要为一个复杂子系统提供一个简单接口时
    • 客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性
    • 当需要构建一个层次结构的子系统，使用它定义子系统中每层的入口点

  • 享元模式

    • 意图是运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
    • 一个应用程序使用了大量的对象
    • 完全由于大量的对象，造成很大的存储开销
    • 对象的大多数状态都可变成外部状态
    • 如果删除对象的外部转态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象

  • 代理模式

    • 意图是为其他对象提供一种代理 以控制对这个对象的访问
      

• 行为型设计模式

  • 设计算法和对象间职责的分配，描述对象和类的模式，还有它们之间的通信模式
  • 解释器模式
    • 意图是给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子
    • 一个语言需要解释执行，并且可将语言中的句子表示为一个抽象语法树时
    • 该文法简单，效率不是一个关键问题
  • 模板方法模式
    • 意图是定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤
    • 一次性实现一个算法的不变的部分，把将可变的行为留给子类来实现
    • 各子类中公共的行为应被提取出来并集中到一个公共父类中，以避免代码重复
    • 控制子类扩展
  • 责任链模式
    • 意图使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。
    • 有多个的对象可以处理一个请求，哪个对象处理该请求运行时刻自动确定
    • 想在不明确指定接收者的情况下想多个对象中的一个提交一个请求
    • 可处理一个请求的对象集合应被动态指定
  • 命令模式
    • 意图是将一个请求封装成一个对象，从而使得可以用不同的请求对 客户进行参数化，对请求哦爱对或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。
    • 抽象出待执行的动作以及参数化某对象
    • 在不同时刻指定、排列和执行请求
    • 支持取消操作 支持修改日志
    • 用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统
  • 迭代器模式
    • 意图是提供一种方法顺序访问一个聚合对象的各个元素，且不需要暴露该对象的内部表示
    • 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示
    • 支持对聚合对象的多种遍历
    • 为遍历不同的聚合结构提供一个同一的接口
  • 中介者模式
    • 意图是用一个中介对象来封装一系列的对象交互
    • 一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解
    • 一个对象引用其他很多对象并且直接与这些对象通信吗，导致难以复用该对象
    • 想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类
  • 备忘录模式
    • 意图是在不破坏封装性的前提下捕获一个对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态，这样以后就可以将对象恢复到原先保存的状态
    • 必须保存一个对象在某一个时刻的状态，这样以后需要时它才能恢复到先前的状态
    • 如果一个用接口来让其他对象直接得到这些状态，将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性
  • 观察者模式
    • 意图是定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖它的对象都得到通知并被自动更新
    • 当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面，将这两者封装在独立的对象中以使它们可以各自独立地改变和复用
    • 当对一个对象的改变需要同时改变其他对象，而不知道具体有多少对象有待改变时
    • 当一个对象必须通知其他对象，而它又不能假定其他对象是谁，既不希望这些对象是紧耦合的
  • 状态模式
    • 意图是允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类
    • 一个对象的行为决定于它的状态，并且它必须在运行时候根据状态改变它的行为
    • 一个操作中有庞大的多分支条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态常用一个多个枚举常量表示
  • 策略模式
    • 意图是定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。此模式使得算法可以独立于使用它们的客户而变化
    • 许多相关的类仅仅只是行为有异
    • 需要使用一个算法的不同变体
    • 算法使用客户不应该知道的数据
    • 一个类定义了多种行为，并且这种行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现，将相关的条件分支移入它们各自的策略类中，以代替这些条件语句。(顾客 初级会员中级会员高级会员对应的折扣不同)
  • 访问者模式
    • 意图是表示一个作用于对象结构中的各元素的操作。它在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作
    • 一个对象结构包含很多类对象，它们有不同的接口，而用户想对这些对象实施一些依赖于其具体类的操作
    • 定义对象结构的类很少改变，但经常需要在此结构上定义新的操作
    • 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作