JAVA大學(xué)教學(xué)課件第二章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計.ppt

主講教師: xxx,Java語言程序設(shè)計, Java語言程序設(shè)計,第二章: 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-1,一、面向過程的程序設(shè)計方法 以前，人們把程序看成是處理數(shù)據(jù)的一系列過程。過程或函數(shù)定義為一個接一個執(zhí)行的一組指令。數(shù)據(jù)與程序分開存儲，編程的主要技巧在于追蹤哪些函數(shù)調(diào)用哪些函數(shù)；哪些數(shù)據(jù)發(fā)生了變化。為解決其中可能存在的問題，結(jié)構(gòu)化編程(1969年)應(yīng)運(yùn)而生。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的主要思想是功能分解并逐步求精。當(dāng)一些任務(wù)十分復(fù)雜以至無法描述時，可以將它拆分為一系列較小的功能部件，直到這些自完備的子任務(wù)小到易于理解的程度。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-2,一、面向過程的程序設(shè)計方法 例如，計算一個公司中每一個職員的平均工資是一項(xiàng)較為復(fù)雜的任務(wù)?？梢詫⑵洳鸱譃橐韵碌淖尤蝿?wù)： （1）計算職員總數(shù) （2）計算工資總額 （3）用工資總額除以職員總數(shù) 計算工資總額本身又可分為一系列子任務(wù)： （1）找出每個職員的檔案 （2）讀出工資數(shù)額 （3）把工資加到部分和上 （4）讀出下個職員的檔案,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-3,一、面向過程的程序設(shè)計方法 類似地，讀出每個職員檔案中的記錄又可以分解為一系列子任務(wù)： （1）打開職員的檔案 （2）找出正確記錄 （3）從磁盤讀取數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計成功地為處理復(fù)雜問題提供了有力的手段。然而到80年代末，它些缺點(diǎn)越來越突出。 當(dāng)數(shù)據(jù)量增大時，數(shù)據(jù)與處理這些數(shù)據(jù)的方法之間的分離使程序變得越來越難以理解。對數(shù)據(jù)處理能力的需求越強(qiáng)，這種分離所造成的負(fù)作用越顯著。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-4,一、面向過程的程序設(shè)計方法 采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的程序員發(fā)現(xiàn)，每一種相對于老問題的新方法都要帶來額外的開銷，與可重用性相對，通常稱這為重復(fù)投人?；诳芍赜眯缘乃枷胧侵附⒁恍┚哂幸阎匦缘牟考?，在需要時可以插人到程序之中。這是一種模仿硬件組合方式的做法，當(dāng)工程師需要一個新的晶體管時，他不用自己去發(fā)明，只要到倉庫去找就行了。對于軟件工程師來說，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計出現(xiàn)之前，一直缺乏具備這種能力的工具。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-5,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的本質(zhì)是把數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程當(dāng)成一個整體對象。Java全面支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的實(shí)現(xiàn)需要封裝和數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，需要繼承和多態(tài)性技術(shù)。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-6,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 1封裝和數(shù)據(jù)隱藏 當(dāng)一個技術(shù)員要安裝一臺電腦時，他將各個設(shè)備組裝起來。當(dāng)他想要一個聲卡時，不需要用原始的集成電路芯片和材料去制作一個聲卡，而是來到電腦公司，購買一個他所需要的某種功能的聲卡。技術(shù)員關(guān)心的是聲卡的功能，并不關(guān)心聲卡內(nèi)部的工作原理。聲卡是自成一體的。這種自成一體性稱為封裝性。無需知道封裝單元內(nèi)部是如何工作就能使用的思想稱為數(shù)據(jù)隱藏。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-7,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 聲卡的所有屬性都封裝在聲卡中，不會擴(kuò)展到聲卡之外。因?yàn)槁暱ǖ臄?shù)據(jù)隱藏在該電路板上。技術(shù)員無需知道聲卡的工作原理就能有效地使用它。 Java通過建立 類 來支持封裝性和數(shù)據(jù)隱藏。完好定義的類一旦建立，就可看成是完全封裝的實(shí)體，可以作為一個整體單元使用。類的實(shí)際內(nèi)部工作應(yīng)當(dāng)隱藏起來，使用完好定義的類的用戶，不需要知道類是如何工作的，只要知道如何使用它就行。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-8,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 2繼承和重用 要制造新的電視機(jī)，可以有兩種選擇：一種是從草圖開始，另一種是對現(xiàn)有的型號加以改進(jìn)。也許現(xiàn)有的型號已經(jīng)令人滿意，但如果再加一個功能，會更加完美。電視機(jī)工程師肯定不想從頭開始，而是希望制造另一種新型電視機(jī)，該機(jī)是在原有的型號基礎(chǔ)上增加一組電路做成的。新的電視機(jī)很快就制造出來了，被賦予一種新的型號，于是新型電視機(jī)就誕生了。這是繼承和重用的實(shí)例。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-9,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 Java采用繼承支持重用的思想，程序可以在擴(kuò)展現(xiàn)有類型的基礎(chǔ)上聲明新類型。新子類是從現(xiàn)有類型派生出來的，稱為派生類。新型電視機(jī)是在原有型號的電視機(jī)上增加若干種功能而得到的，所以新型電視機(jī)是原有電視機(jī)的派生，繼承了原有電視機(jī)的所有屬性，并在此基礎(chǔ)上增加了新的功能。,2.1 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法-10,二、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法 3多態(tài)性 通過繼承的方法構(gòu)造類，采用多態(tài)性為每個類指定表現(xiàn)行為。例如，學(xué)生類應(yīng)該有一個計算成績的操作。大學(xué)生繼承了中學(xué)生，或者說是中學(xué)生的延伸。對于中學(xué)生，計算成績的操作表示語文、數(shù)學(xué)、英語等課程的計算，而對于后繼的大學(xué)生，計算成績的操作表示高等數(shù)學(xué)、計算機(jī)、普通物理等課程的計算。,2.2 什么是對象-1,對象是一些相關(guān)的變量和方法的軟件集。軟件對象經(jīng)常用于模仿現(xiàn)實(shí)世界中我們身邊的一些對象。對象是理解面向?qū)ο蠹夹g(shù)的關(guān)鍵。你在學(xué)習(xí)之前可以看看現(xiàn)實(shí)生活中的對象，比如狗、桌子、電視、自行車等等。你可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的對象有兩個共同特征：它們都有狀態(tài)和行為。比如狗有自己的狀態(tài)（比如名字、顏色等等）和行為（比如搖尾巴、汪汪叫等等）。同樣自行車也有自己的狀態(tài)（比如當(dāng)前檔位、兩個輪子等等）和行為（比如剎車、加速、減速以及改變檔位等等）。,2.2 什么是對象-2,軟件對象實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界對象的造型，因?yàn)樗瑯佑袪顟B(tài)和行為。一個軟件對象利用一個或者多個變量來維持它的狀態(tài)。變量是由用戶標(biāo)識符來命名的數(shù)據(jù)項(xiàng)。軟件對象用它的方法來執(zhí)行它的行為。方法是跟對象有關(guān)聯(lián)的函數(shù)（子程序）。 你可以利用軟件對象來代表現(xiàn)實(shí)世界中的對象。你用可以控制電子自行車的程序來代表現(xiàn)實(shí)世界的自行車。同樣你可以使用軟件對象來造型抽象的概念，比如，事件是一個用在GUI窗口系統(tǒng)的公共對象，它可以代表用戶按下鼠標(biāo)按鈕或者鍵盤上的按鍵的反應(yīng)。,2.2 什么是對象-3,如下圖是一個軟件對象的公共可視代表。,2.2 什么是對象-4,軟件對象的狀態(tài)和行為都可以用在對象中的變量和方法來表達(dá)。構(gòu)造現(xiàn)實(shí)世界的自行車的軟件對象,要有指示自行車的當(dāng)前狀態(tài)的變量：速度為20mph，它的當(dāng)前檔位為第三檔。這些變量就是我們熟知的實(shí)例變量，因?yàn)樗鼈儼擞糜谔厥庾孕熊噷ο蟮臓顟B(tài)，并且在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，特殊的對象稱為實(shí)例。 如下圖所示，是作為軟件對象的自行車造型。,2.2 什么是對象-5,軟件對象的自行車造型,2.3 什么是消息-1,軟件對象之間進(jìn)行交互作用和通訊是利用消息的。單一的一個對象通常不是很有用的。相反，一個對象通常是一個包含了許多其它對象的更大的程序或者應(yīng)用程序。通過這些對象的交互作用，程序員可以獲得高階的功能以及更為復(fù)雜的行為。你的自行車如果不使用它的時候，它就是一堆鋁合金和橡膠，它沒有任何的活動。而只有當(dāng)有其它的對象來和它交互的時候才是有用的。軟件對象與其它對象進(jìn)行交互與通訊是利用發(fā)送給其它對象來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)對象A想對象B來執(zhí)行一個B中的方法，對象A就會消息給對象B。如下圖所示。,2.3 什么是消息-2,2.3 什么是消息-3,有時候，接收的對象需要更多的信息以至于它可以正確知道該如何做。比如，當(dāng)你想改變自行車的齒輪，你就必須指出哪個齒輪。一個消息由三個部分組成： 1被尋址消息的對象（YourBicycle） 2要執(zhí)行方法的名字(changeGears) 3這個方法需要的所有參數(shù)（lowerGear）,2.3 什么是消息-4,2.4 什么是類-1,類實(shí)際上是對某種類型的對象定義變量和方法的原型。在現(xiàn)實(shí)世界中，你經(jīng)?？吹较嗤愋偷脑S多對象。比如 ，你的自行車只是現(xiàn)實(shí)世界中許多自行車的其中一輛。使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，我們可以說你的自行車是自行車對象類的一個實(shí)例。通常，自行車有一些狀態(tài)（當(dāng)前檔位、兩個輪子等等）以及行為（改變檔位、剎車等等）。但是，每輛自行車的狀態(tài)都是獨(dú)立的并且跟其它自行車不同。當(dāng)廠家制造自行車的時候，廠商利用了自行車共有的特性來根據(jù)相同的藍(lán)圖制造許多自行車。如果制造一輛自行車就要產(chǎn)生一個新藍(lán)圖，那效率就太低了。,2.4 什么是類-2,在面向?qū)ο筌浖?，同樣地，可以讓相同種類地許多對象來共有一些特性，比如矩形、雇員記錄、視頻夾等等。就象自行車制造商人，你可以利用相同種類的對象是相似的事實(shí)并且你可以為這些對象創(chuàng)建一個藍(lán)圖。對對象的軟件藍(lán)圖叫做類。自行車的類需要定義一些實(shí)例變量來包括當(dāng)前檔位、當(dāng)前速度等等。這個類將為實(shí)例方法定義和提供實(shí)施方法，它允許騎車者改變檔位、剎車以及改變腳踏板的節(jié)奏，如下圖所示：,2.4 什么是類-3,2.4 什么是類-4,當(dāng)你創(chuàng)建了自行車類以后，你可以從這個類創(chuàng)建任意個自行車對象。當(dāng)你創(chuàng)建了一個類的實(shí)例后，系統(tǒng)將為這個對象和的實(shí)例變量分配內(nèi)存。每個實(shí)例將給所有實(shí)例變量的副本定義在類中。如下圖所示：,2.4 什么是類-5,2.4 什么是類-6,2.4 什么是類-7,除了實(shí)例變量，類還要定義類的變量。類變量包含了被類所有實(shí)例共享的信息。比如，假設(shè)所有的自行車有相同的檔位數(shù)。在本例子中，要定義一個實(shí)例變量來容納檔位數(shù)。每一個實(shí)例都會有變量的副本，但是在每一個實(shí)例中數(shù)值都是相同的。在這樣的情況下，你可以定義一個類變量來包含檔位數(shù)，這樣所有的類的實(shí)例都共享這個變量。如果一個對象改變了變量，它就為改變那個類的所有對象。類同樣可以定義類方法。你可以直接從類中調(diào)用類方法，然而你必須在特定的實(shí)例中調(diào)用實(shí)例方法。如下圖所示。,2.4 什么是類-8,2.4 什么是類-9,2.5 什么是繼承 -1,一個類可以從它的父類繼承狀態(tài)和行為。繼承為組織和構(gòu)造軟件程序提供了一個強(qiáng)大的和自然的機(jī)理。 總得說來，對象是以類得形式來定義得。你可能現(xiàn)在已經(jīng)可以從它類知道許多對象了。即使你不知道，如果我告訴你它是一輛自行車，你就會知道它有兩個輪子和腳踏板等等。面向?qū)ο笙到y(tǒng)就更深入一些了，它允許類在其它類中定義。比如，山地自行車、賽車以及串座雙人自行車都是各種各樣的自行車。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，山地自行車、賽車以及串座雙人自行車都是自行車類的子類。同樣地，自行車類是山地自行車、賽車以及串座雙人自行車的父類。這個父子關(guān)系可以如下圖所示：,2.5 什么是繼承 -2,2.5 什么是繼承 -3,每一個子類從父類中繼承了狀態(tài)。山地自行車、賽車以及串座雙人自行車共享了這些狀態(tài)：比如速度等。同樣，每一個子類繼承類從父類的方法，山地自行車、賽車以及串座雙人自行車共享了這些行為：剎車、改變腳踏速度等等。然而，子類不能受到父類提供的狀態(tài)和行為的限制。子類可以增加變量和方法到從父類繼承而來的變量和方法。比如，串座雙人自行車有兩個座位，這是它的父類沒有的。子類同樣可以重載繼承的方法并且為這些方法提供特殊執(zhí)行方法。比如 ，如果