面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（譚浩強(qiáng)版）核心精講

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（譚浩強(qiáng)版）核心精講演講人：日期:CONTENTS目錄01程序設(shè)計(jì)范式概述02核心概念體系03核心特性詳解04程序設(shè)計(jì)方法論05典型實(shí)例分析06實(shí)踐與進(jìn)階路徑01程序設(shè)計(jì)范式概述在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，對(duì)象是程序的基本單元，它包含了數(shù)據(jù)（屬性）和可以操作這些數(shù)據(jù)的函數(shù)（方法）。對(duì)象封裝是將數(shù)據(jù)和操作這些數(shù)據(jù)的方法綁定在一起，形成一個(gè)獨(dú)立的單元。封裝提高了軟件的復(fù)用性和安全性。封裝類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型，它描述了具有相同屬性和方法的對(duì)象集合。類是對(duì)象的模板，通過類可以創(chuàng)建對(duì)象。類010302面向?qū)ο蠡径x繼承是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的重要特性之一，它允許一個(gè)類（子類）繼承另一個(gè)類（父類）的屬性和方法，從而實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用和擴(kuò)展。繼承04編程思路面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)以對(duì)象為中心，通過組合和繼承來構(gòu)建程序；而傳統(tǒng)范式則以功能為中心，通過函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)程序邏輯?？删S護(hù)性面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)由于采用了封裝、繼承等機(jī)制，使得程序結(jié)構(gòu)更加清晰，易于維護(hù)和擴(kuò)展；而傳統(tǒng)范式則容易出現(xiàn)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的情況，維護(hù)難度較大。性能開銷面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)由于需要維護(hù)類和對(duì)象的關(guān)系，以及執(zhí)行動(dòng)態(tài)綁定等機(jī)制，可能會(huì)帶來一定的性能開銷；而傳統(tǒng)范式則在這方面相對(duì)較輕。代碼復(fù)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)通過類和對(duì)象的封裝與繼承，實(shí)現(xiàn)了代碼的高復(fù)用性；而傳統(tǒng)范式則需要通過函數(shù)庫等方式來實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，復(fù)用性相對(duì)較低。面向?qū)ο笈c傳統(tǒng)范式對(duì)比面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展歷程萌芽階段面向?qū)ο蟮乃枷胱钤缈梢宰匪莸?0世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)主要用于模擬現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象和類。初步發(fā)展階段到了20世紀(jì)80年代，面向?qū)ο蠹夹g(shù)開始逐漸應(yīng)用于實(shí)際軟件開發(fā)中，出現(xiàn)了許多面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，如C、Objective-C等。成熟階段隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，面向?qū)ο蠹夹g(shù)逐漸成熟并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在這一階段，許多面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法和原則被提出和總結(jié)，如設(shè)計(jì)模式、重構(gòu)等?，F(xiàn)代應(yīng)用如今，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已經(jīng)成為軟件開發(fā)的主流范式之一，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。同時(shí)，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，面向?qū)ο蠹夹g(shù)也在不斷演進(jìn)和發(fā)展，如與人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的結(jié)合等。02核心概念體系類與對(duì)象本質(zhì)解析類定義類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型，是對(duì)象的模板，描述了一組對(duì)象的共同特征和行為。01對(duì)象實(shí)例化對(duì)象是從類中創(chuàng)建出來的具體實(shí)例，通過對(duì)象可以調(diào)用類中的屬性和方法。02類的成員類的成員包括屬性（數(shù)據(jù)）和方法（函數(shù)），它們共同定義了類的行為。03訪問控制通過訪問控制，可以限制對(duì)類成員的訪問權(quán)限，提高程序的封裝性。04通過私有成員變量，隱藏對(duì)象的狀態(tài)，只能通過特定的方法進(jìn)行訪問和修改。通過公有方法，對(duì)私有成員變量進(jìn)行訪問和修改，保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。通過抽象類，定義對(duì)象的共同接口和行為，提高代碼的復(fù)用性和可維護(hù)性。封裝可以提高代碼的復(fù)用性、可維護(hù)性和安全性，減少代碼的重復(fù)和冗余。封裝性實(shí)現(xiàn)機(jī)制隱藏屬性封裝方法抽象類封裝的好處繼承關(guān)系子類可以繼承父類的屬性和方法，實(shí)現(xiàn)代碼的重用和擴(kuò)展。繼承方式通過類繼承，子類可以獲得父類的所有成員，并根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展和修改。多態(tài)性多態(tài)性允許不同的對(duì)象對(duì)同一消息作出不同的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)程序的靈活性和可擴(kuò)展性。抽象類與多態(tài)抽象類作為基類，可以定義一組子類共同的方法，子類通過重寫這些方法實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。繼承與多態(tài)原理03核心特性詳解抽象性建模方法抽象類和接口面向?qū)ο蠼?shù)據(jù)抽象通過抽象類和接口定義對(duì)象的共同行為和屬性，實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用和可擴(kuò)展性。將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)操作分離，通過接口隱藏?cái)?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)封裝，提高數(shù)據(jù)的安全性和可維護(hù)性。使用UML等工具進(jìn)行面向?qū)ο蟮慕?，將現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體抽象為類，通過繼承、關(guān)聯(lián)等方式建立類之間的關(guān)系。多態(tài)性應(yīng)用場(chǎng)景在同一個(gè)類中定義多個(gè)方法，通過參數(shù)類型和數(shù)量的不同實(shí)現(xiàn)不同的功能。方法重載子類重寫父類的方法，實(shí)現(xiàn)多態(tài)性，通過父類引用調(diào)用子類的方法。方法重寫不同的類實(shí)現(xiàn)相同的接口，通過接口引用實(shí)現(xiàn)多態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同類對(duì)象的統(tǒng)一管理和調(diào)用。接口多態(tài)動(dòng)態(tài)綁定技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)類型綁定在運(yùn)行時(shí)確定對(duì)象的類型，通過虛函數(shù)表實(shí)現(xiàn)方法的動(dòng)態(tài)綁定，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)多態(tài)。動(dòng)態(tài)屬性綁定動(dòng)態(tài)代理在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地給對(duì)象添加屬性，通過反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)屬性的動(dòng)態(tài)綁定，提高代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建代理對(duì)象，通過代理對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的訪問和控制，增強(qiáng)代碼的靈活性和安全性。12304程序設(shè)計(jì)方法論依賴倒置原則高層模塊不應(yīng)該依賴低層模塊，二者都應(yīng)該依賴其抽象。開放封閉原則軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。接口隔離原則多個(gè)特定功能的接口應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為多個(gè)小的接口，而不是一個(gè)龐大的接口。里氏替換原則子類應(yīng)當(dāng)可以替換其父類，并維持程序的行為。單一職責(zé)原則一個(gè)類只負(fù)責(zé)一種功能，降低類的復(fù)雜度。類設(shè)計(jì)五大原則確定對(duì)象根據(jù)需求，確定有哪些對(duì)象參與系統(tǒng)。01定義接口定義對(duì)象之間的交互接口，明確對(duì)象的職責(zé)和協(xié)作關(guān)系。02消息傳遞通過對(duì)象之間的消息傳遞來實(shí)現(xiàn)交互，達(dá)到系統(tǒng)的功能。03細(xì)化交互細(xì)化對(duì)象之間的交互細(xì)節(jié)，如消息傳遞的順序、內(nèi)容等。04對(duì)象交互設(shè)計(jì)步驟常用設(shè)計(jì)模式解析工廠模式通過定義一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類。02040301觀察者模式定義對(duì)象間一對(duì)多的依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象改變狀態(tài)時(shí)，其相關(guān)依賴對(duì)象會(huì)得到通知并自動(dòng)更新。單例模式確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供全局訪問點(diǎn)。策略模式定義一系列算法，把它們一個(gè)個(gè)封裝起來，并且使它們可以相互替換。05典型實(shí)例分析類繼承體系構(gòu)建案例類的設(shè)計(jì)與繼承設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)物類，包括屬性和方法；設(shè)計(jì)繼承自動(dòng)物類的狗類和貓類，分別擴(kuò)展或重寫方法。01繼承中的方法重寫在子類中重寫父類的方法，以實(shí)現(xiàn)不同的行為。02繼承中的訪問權(quán)限理解public、protected、private等訪問修飾符在繼承中的作用。03多態(tài)應(yīng)用錯(cuò)誤排查虛函數(shù)表了解虛函數(shù)表的工作原理，以及如何通過它實(shí)現(xiàn)多態(tài)。虛函數(shù)重寫與重載區(qū)分虛函數(shù)的重寫和重載，理解它們?cè)诙鄳B(tài)中的不同作用。指向基類的指針在多態(tài)中，通過基類指針調(diào)用子類對(duì)象的方法時(shí)，要確保方法已經(jīng)被子類重寫。靜態(tài)多態(tài)與動(dòng)態(tài)多態(tài)了解靜態(tài)多態(tài)和動(dòng)態(tài)多態(tài)的區(qū)別，以及它們各自的應(yīng)用場(chǎng)景。接口設(shè)計(jì)優(yōu)化方案6px6px6px每個(gè)接口應(yīng)該只代表一個(gè)客戶端或一個(gè)功能，以減少接口之間的依賴。接口隔離原則一個(gè)接口應(yīng)該只承擔(dān)一個(gè)職責(zé)，以便于維護(hù)和擴(kuò)展。單一職責(zé)原則使用抽象類來定義接口，可以提供一個(gè)基礎(chǔ)的方法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)強(qiáng)制子類實(shí)現(xiàn)必要的方法。抽象類與接口010302在設(shè)計(jì)接口時(shí)，要考慮其穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性，以便在未來的版本迭代中保持兼容。接口的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性0406實(shí)踐與進(jìn)階路徑工業(yè)級(jí)項(xiàng)目應(yīng)用場(chǎng)景大型軟件系統(tǒng)開發(fā)如ERP、CRM等，這些系統(tǒng)通常涉及復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理，需要運(yùn)用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行建模和設(shè)計(jì)。圖形用戶界面(GUI)程序游戲開發(fā)例如基于Java的Swing或C#的WinForms等，這些框架都基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念，可以有效地組織和管理界面元素。游戲是一種典型的需要面向?qū)ο蠹夹g(shù)的領(lǐng)域，游戲中的角色、場(chǎng)景、道具等都可以被抽象為對(duì)象，通過面向?qū)ο蟮姆绞竭M(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。123在實(shí)際開發(fā)中，面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程往往不是非此即彼的關(guān)系，而是相互融合、相互補(bǔ)充的。例如，可以使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，而具體的功能模塊實(shí)現(xiàn)則可以采用面向過程的方法。面向?qū)ο笈c其他范式融合面向?qū)ο笈c面向過程結(jié)合函數(shù)式編程強(qiáng)調(diào)不可變性和無副作用，而面向?qū)ο髣t允許對(duì)象狀態(tài)的改變和方法的調(diào)用。然而，兩者并非完全對(duì)立，可以通過一些技術(shù)如不可變對(duì)象、純函數(shù)等來結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)。面向?qū)ο笈c函數(shù)式編程雖然關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是基于關(guān)系模型的，但面向?qū)ο蟮乃枷朐跀?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中同樣有重要作用。例如，可以使用對(duì)象關(guān)系映射（ORM）技術(shù)將面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。面向?qū)ο笈c數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)化能力提升建議深入理解面向?qū)ο蟮幕靖拍?1包括類、對(duì)象、繼承、多態(tài)等，這是進(jìn)行面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)