设计模式之 OOA,OOD,OOP,OOPL

什么是面向对象编程和面向对象编程语言?

面向对象编程的英文缩写是 OOP,全称是 Object Oriented Programming。对应地,面向对象编程语言的英文缩写是 OOPL,全称是 Object Oriented Programming Language。

面向对象编程中有两个非常重要、非常基础的概念,那就是类(class)和对象(object)。如果不按照严格的定义来说,大部分编程语言都是面向对象编程语言,比如 Java、C++、Go、Python、C#、Ruby、JavaScript、Objective-C、Scala、PHP、Perl 等等。除此之外,大部分程序员在开发项目的时候,都是基于面向对象编程语言进行的面向对象编程

  • 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元,并将封装、抽象、继承、多态四个特性,作为代码设计和实现的基石 。
  • 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制,并有现成的语法机制,能方便地实现面向对象编程四大特性(封装、抽象、继承、多态)的编程语言。

一般来讲, 面向对象编程都是通过使用面向对象编程语言来进行的,但是,不用面向对象编程语言,我们照样可以进行面向对象编程。反过来讲,即便我们使用面向对象编程语言,写出来的代码也不一定是面向对象编程风格的,也有可能是面向过程编程风格的。

理解面向对象编程及面向对象编程语言两个概念,其中最关键的一点就是理解面向对象编程的四大特性。这四大特性分别是:封装、抽象、继承、多态。

如何判定某编程语言是否是面向对象编程语言?

如果按照刚刚我们给出的严格的面向对象编程语言的定义,前面提到的有些编程语言,并不是严格意义上的面向对象编程语言,比如 JavaScript,它不支持封装和继承特性。

实际上,面向对象编程从字面上,按照最简单、最原始的方式来理解,就是将对象或类作为代码组织的基本单元,来进行编程的一种编程范式或者编程风格,并不一定需要封装、抽象、继承、多态这四大特性的支持。但是,在进行面向对象编程的过程中,人们不停地总结发现,有了这四大特性,我们就能更容易地实现各种面向对象的代码设计思路。

比如,我们在面向对象编程的过程中,经常会遇到 is-a 这种类关系(比如狗是一种动物),而继承这个特性就能很好地支持这种 is-a 的代码设计思路,并且解决代码复用的问题,所以,继承就成了面向对象编程的四大特性之一。但是随着编程语言的不断迭代、演化,人们发现继承这种特性容易造成层次不清、代码混乱,所以,很多编程语言在设计的时候就开始摒弃继承特性,比如 Go 语言。但是,我们并不能因为它摒弃了继承特性,就一刀切地认为它不是面向对象编程语言了。

实际上,只要某种编程语言支持类或对象的语法概念,并且以此作为组织代码的基本单元,那就可以被粗略地认为它就是面向对象编程语言了。

至于是否有现成的语法机制,完全地支持了面向对象编程的四大特性、是否对四大特性有所取舍和优化,可以不作为判定的标准。基于此,我们才有了前面的说法,按照严格的定义,很多语言都不能算得上面向对象编程语言,但按照不严格的定义来讲,现在流行的大部分编程语言都是面向对象编程语言。

什么是面向对象分析和面向对象设计?

实际上,跟面向对象编程经常放到一块儿来讲的还有另外两个概念,那就是面向对象分析(OOA)面向对象设计(OOD)
面向对象分析英文缩写是 OOA,全称是 Object Oriented Analysis;
面向对象设计的英文缩写是 OOD,全称是 Object Oriented Design。
OOA、OOD、OOP 三个连在一起就是面向对象分析、设计、编程(实现),正好是面向对象软件开发要经历的三个阶段。

之所以在前面加 “面向对象” 这几个字,是因为我们是围绕着对象或类来做需求分析和设计的。
分析和设计两个阶段最终的产出是类的设计,包括程序被拆解为哪些类,每个类有哪些属性方法,类与类之间如何交互等等。它们比其他的分析和设计更加具体、更加落地、更加贴近编码,更能够顺利地过渡到面向对象编程环节。这也是面向对象分析和设计,与其他分析和设计最大的不同点。

那面向对象分析、设计、编程到底都负责做哪些工作呢?

简单点讲,面向对象分析就是要搞清楚做什么,面向对象设计就是要搞清楚怎么做,面向对象编程就是将分析和设计的的结果翻译成代码的过程。

什么是 UML?我们是否需要 UML?

提到面向对象分析、设计、编程,我们就不得不提到另外一个概念,那就是 UML(Unified Model Language),统一建模语言。
很多讲解面向对象或设计模式的书籍,常用它来画图表达面向对象或设计模式的设计思路
常用的有 7 种:类图、序列图、组件图、部署图、用例图、状态图和活动图。

类图

类图是最常见的 UML 图形,用来描述类的特性和类之间的静态关系。
一个类包含三个部分:类的名字、类的属性列表和类的方法列表。
类之间有 6 种静态关系:关联、依赖、组合、聚合、继承、泛化。把相关的一组类及其关系用一张图画出来,就是类图。
类图主要是在详细设计阶段画,开发工程师只需要按照类图实现代码就可以了,只要类方法的逻辑不是太复杂,不同的工程师实现出来的代码几乎是一样的,这样可以保证软件的规范、统一。
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在实践中,我们通常不需要把一个软件所有的类都画出来,把核心的、有代表性的、有一定技术难度的类图画出来,一般就可以了

具体推荐的学习链接:http://www.uml.org.cn/oobject/201610282.asp

序列图

序列图则用来描述参与者之间的动态调用关系。每个参与者有一条垂直向下的生命线,这条线用虚线表示,而参与者之间的消息也从上到下表示其调用的前后顺序关系,这正是序列图这个词的由来。每个生命线都有一个激活条,只有在参与者活动的时候才是激活的。
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序列图通常用于表示对象之间的交互,这个对象可以是类对象,也可以是更大粒度的参与者,比如组件、服务器、子系统等,总之,只要是描述不同参与者之间交互的,都可以使用序列图,也就是说,在软件设计的不同阶段,都可以画序列图。

组件图

组件是比类粒度更大的设计元素,一个组件中通常包含很多个类。组件图有的时候和包图的用途比较接近,组件图通常用来描述物理上的组件,比如一个 JAR,一个 DLL 等等。在实践中,我们进行模块设计的时候更多的是用组件图。
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组件图描述组件之间的静态关系,主要是依赖关系,因为组件的粒度比较粗,通常用以描述和设计软件的模块及其之间的关系,需要在设计早期阶段就画出来,因此组件图一般用在概要设计阶段

部署图

部署图描述软件系统的最终部署情况,比如需要部署多少服务器,关键组件都部署在哪些服务器上。
部署图是软件系统最终物理呈现的蓝图,根据部署图,所有相关者,诸如客户、老板、工程师都能清晰地了解到最终运行的系统在物理上是什么样子,和现有的系统服务器的关系,和第三方服务器的关系。根据部署图,还可以估算服务器和第三方软件的采购成本。
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部署图是整个软件设计模型中,比较宏观的一种图,是在设计早期就需要画的一种模型图。根据部署图,各方可以讨论对这个方案是否认可。只有对部署图达成共识,才能继续后面的细节设计。部署图主要用在概要设计阶段

用例图

用例图主要用在需求分析阶段,通过反映用户和软件系统的交互,描述系统的功能需求
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图中小人形象的元素,被称为角色,角色可以是人,也可以是其他的系统。
系统的功能被一个矩形框框起来,这个矩形框被称为用例的边界。框里的椭圆表示一个一个的功能,功能之间可以调用依赖,也可以进行功能扩展。因为用例图中功能描述比较简单,通常还需要对用例图配以文字说明,形成需求文档。

状态图

状态图用来展示单个对象生命周期的状态变迁。

业务系统中,很多重要的领域对象都有比较复杂的状态变迁,比如账号,有创建状态、激活状态、冻结状态、欠费状态等等各种状态。

这些状态的变迁描述可以在用例图中用文字描述,一张状态图描述一个对象生命周期的各种状态,及其变迁的关系。状态与变迁关系用一张状态图就可以搞定。
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活动图

活动图主要用来描述过程逻辑和业务流程。UML 中没有流程图,很多时候,人们用活动图代替流程图。
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活动图和早期流程图的图形元素也很接近,实心圆代表流程开始,空心圆代表流程结束,圆角矩形表示活动,菱形表示分支判断。此外,活动图引入了一个重要的概念——泳道。活动图可以根据活动的范围,将活动根据领域、系统和角色等划分到不同的泳道中,使流程边界更加清晰。活动图也比较有普适性,可以在需求分析阶段描述业务流程,也可以在概要设计阶段描述子系统和组件的交互,还可以在详细设计阶段描述一个类方法内部的计算流程。

由于状态图和活动图设计和表达有类似的地方,有时合在一起表达在一张图上

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温馨提示:要想完全掌握,并且熟练运用UML 图,肯定要花很多的学习精力,本质是让团队更清晰地理解设计

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