面向对象设计模式及其在软件开发中的应用

应用技术　２００８年１２月１Ｏ日第１２期　坪扔金融电肛　

浅析设计模式在软件开发中的运用　■中国人民银行怀化市中心支行　黄字栋　摘要：本文通过阐述设计模式基本原则，简要介绍了设计模式在软件开发中的运用，并详　细介绍抽象工厂模式在信息系统开发中的使用，最后讨论如何正确使用设计模式。　关键词：设计模式；软件开发；类；ｕＭＬ　

一、设计模式的基本原则　在软件开发中使用设计模式是为了可重用代　码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。但　它并不是被设计出来的定性规则，不像算法那样可　以直接使用，需要根据实际情况采纳使用，所以在　软件开发中使用设计模式时，需要注意以下几个原　则。　（一）职责独立原则　这也是面向对象软件设计中对于类设计最基　本的原则，如果一个类承担的责任过多，就相当于　没有很好的划分设计这个类，使得过多的职责耦合　在一起，任何一个职责的变化都将导致这个类的变　动，从而影响这个类的其他职责。从设计上来说，职　责独立是使得类更加强壮的一种方法，当软件变化　到来的时候，类的变动对整个系统的影响能够降低　到最小。　（二）开放一封闭原则　对修改封闭，对扩展开放（ｃｌｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｍｏｄｉｆｉｃａ—　ｔｉｏｎ，０ｐｅｎ　ｆ０ｒ　ｅｘｔｅｎｓｉ０ｎ）。这个原则要求设计人员尽　可能的预见改动，并能够对改动进行抽象，以求达　到这样一种目的：为了扩展一个功能，我们对程序　的改动并不需要修改原来的类，而只需增加一个　类。　（三）ｌＪｉｓｋｏｖ替换原则　在面向对象设计的“ＩＳ—Ａ”关系中，类的行为不　是内在、私有的，而是外在的、公开的，是客户程序　所依赖的，所有派生类的行为功能都必须和客户程　序对其基类行为所期望的保持一致，即用派生类去　替换父类，不会对客户端程序有所影响。　（四）依赖倒置原则　在软件开发过程中，常规的依赖关系往往是上　层程序依赖于下层的实现。而依赖倒置原则告诉我　们：下层程序应该依赖于上层接口而存在（依赖抽　象），上层会要求下层干什么，而不是下层告诉上层　它能够十什么。上层程序看到的只是接口而不是接　口背后的实现，具体来说，就是软件开发中应该针　对接口来编程，而不是钊一对实现来编程。　二、抽象工厂模式在软件开发中的运用　下面以．ＮＥＴ平台的信息系统开发为例，该信　息系统采取多层结构，我们采取抽象工厂设计模式　来实际说明设计模式几个原则的运用。　软件设计的特定环境：利用．ＮＥＴ平台设计一　个信息系统，免费版使用Ａｃｃｅｓｓ数据库而付费版　使用ｓＱＬ　ｓｅｒｖｅｒ数据库。在．ＮＥＴ平台的开发中，　Ａｃｃｅｓｓ数据库和ｓＱＬ　ｓｅｒｖｅｒ有些许不同之处，对于　其他数据库来说则更多，所以必须考虑到针对不同　数据库采取不同数据访问方式的情况。　首先来看一下ｕＭＬ图（如图１），高层模块为客　

《面向对象程序设计》课程设计

在当今数字化的时代，计算机程序设计的重要性日益凸显。而面向对象程序设计作为一种重要的编程范式，在软件开发中发挥着关键作用。本次课程设计旨在深入探究面向对象程序设计的原理、方法和应用，培养学生的编程思维和实践能力。

一、课程目标

1、 掌握面向对象的基本概念，如类、对象、封装、继承和多态等。

2、 学会使用面向对象的方法进行问题分析和程序设计。

3、 能够运用常见的编程语言（如 Java、C+＋等）实现面向对象的程序。

4、 培养团队合作精神和解决实际问题的能力。

二、课程内容

1、 面向对象的基本概念

类与对象的定义和关系

封装的实现和意义

继承的概念和分类（单继承、多继承）

多态的表现形式（重载、覆盖） 2、 面向对象的设计原则

单一职责原则

开放封闭原则

里氏替换原则

依赖倒置原则

接口隔离原则

迪米特法则

3、 常用的设计模式

创建型模式（工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式等）

结构型模式（适配器模式、桥接模式、装饰器模式等）

行为型模式（策略模式、责任链模式、观察者模式等）

4、 编程语言的实践

选择一种主流的编程语言（如 Java 或 C+＋），进行实际的编程练习。

完成从简单的控制台应用程序到复杂的图形用户界面应用程序的开发。

三、课程实施

1、 理论教学 通过课堂讲解、案例分析和讨论，让学生理解面向对象程序设计的基本概念和原理。

2、 实践教学

安排实验课程，让学生在实际操作中掌握编程语言的使用和面向对象程序的开发。

布置课程设计项目，要求学生以小组形式完成一个具有一定规模和复杂度的应用程序。

3、 教学资源

提供相关的教材、参考书籍和在线资源，方便学生自主学习。

利用在线教学平台，发布教学资料、作业和答疑。

四、课程考核

1、 平时成绩

包括考勤、课堂表现、作业完成情况等。

2、 实验成绩

根据实验报告和实验项目的完成情况进行评定。

java⾯向对象总结（⼀）

1. 对象的概念及⾯向对象的三个基本特征

⾯向对象的三⼤核⼼特性

⾯向对象开发模式更有利于⼈们开拓思维，在具体的开发过程中便于程序的划分，⽅便程序员分⼯合作，提⾼开发效率。⾯向对象程序设计

有以下优点。

1. 可重⽤性：它是⾯向对象软件开发的核⼼思路，提⾼了开发效率。⾯向对象程序设计的抽象、继承、封装和多态四⼤特点都围绕这个

核⼼。

2. 可扩展性：它使⾯向对象设计脱离了基于模块的设计，便于软件的修改。

3. 可管理性：能够将功能与数据结合，⽅便管理。

该开发模式之所以使程序设计更加完善和强⼤，主要是因为⾯向对象具有继承、封装和多态 3 个核⼼特性。

继承性

如同⽣活中的⼦⼥继承⽗母拥有的所有财产，程序中的继承性是指⼦类拥有⽗类数据结构的⽅法和机制，这是类之间的⼀种关系；继承只能

是单继承。

例如定义⼀个语⽂⽼师类和数学⽼师类，如果不采⽤继承⽅式，那么两个类中需要定义的属性和⽅法.

语⽂⽼师类和数学⽼师类中的许多属性和⽅法相同，这些相同的属性和⽅法可以提取出来放在⼀个⽗类中，这个⽗类⽤于被语⽂⽼师类和数

学⽼师类继承。当然⽗类还可以继承别的类，

学校主要⼈员是⼀个⼤的类别，⽼师和学⽣是学校主要⼈员的两个⼦类，⽽⽼师⼜可以分为语⽂⽼师和数学⽼师两个⼦类，学⽣也可以分为

班长和组长两个⼦类。

使⽤这种层次形的分类⽅式，是为了将多个类的通⽤属性和⽅法提取出来，放在它们的⽗类中，然后只需要在⼦类中各⾃定义⾃⼰独有的属

性和⽅法，并以继承的形式在⽗类中获取它们的通⽤属性和⽅法即可。

封装性

封装是将代码及其处理的数据绑定在⼀起的⼀种编程机制，该机制保证了程序和数据都不受外部⼲扰且不被误⽤。封装的⽬的在于保护信息，使⽤它的主要优点如下。保护类中的信息，它可以阻⽌在外部定义的代码随意访问内部代码和数据。

隐藏细节信息，⼀些不需要程序员修改和使⽤的信息，⽐如取款机中的键盘，⽤户只需要知道按哪个键实现什么操作就可以，⾄于它内部是如何运⾏的，⽤户不需要知道。

1 设计模式可复用面向对象软件基础课程设计

背景

现代软件开发越来越复杂，设计模式成为软件工程师不可缺少的技能之一。设计模式是在特定情境下面向特定问题的简单通用的解决方案，可以帮助开发者更好地组织代码，提高代码复用性和可维护性，同时也提升软件系统的性能和可扩展性。因此，在计算机科学和软件工程的教育领域，设计模式已成为必修内容。

设计目标

本课程设计的主要目标是帮助学生深入理解面向对象编程的基础概念和设计原则，并掌握常用的设计模式技巧，同时能够将所学知识应用到具体的实际项目开发中。

课程教学内容

面向对象编程的基础概念和设计原则

• 面向对象编程的概念和基本特征

• 封装、继承、多态的概念及其实现方式

• 开放封闭原则

• 单一职责原则

• 里氏替换原则

• 依赖倒置原则

• 接口隔离原则

常用设计模式

• 创建型模式：工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式、单例模式 2 • 结构型模式：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式、代理模式

• 行为型模式：责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式

实际项目开发案例

在课程的最后，将通过实际项目开发案例来帮助学生将所学理论知识运用到实际项目中，包括但不限于：

• 在项目中使用工厂模式创建对象

• 在项目中使用单例模式管理资源

• 在项目中使用策略模式处理算法

• 在项目中使用观察者模式实现事件处理

教学方法和评估方式

本课程将采用面授与实践相结合的教学方法。除了理论授课以外，还将进行案例分析和实际应用的演练。课堂上设定一些练习题和作业来巩固学生所学知识。

评估方式分为平时成绩和期末考试成绩。平时成绩主要由作业和练习题的完成情况决定，期末考试成绩主要考核学生对理论知识和实际应用的掌握情况。

总结

本课程是一门面向对象软件基础课程，旨在帮助学生深入理解面向对象编程的基础概念和设计原则，掌握常用的设计模式技巧，并将其应用到具体的实际项目开发中。期望能够帮助学生提高软件开发的质量和效率，从而更好地适应现代软件开发的挑战。