软件设计师考试 - 面向对象技术

一、面向对象基础概念

• 类（Class）：具有相同属性和方法的对象的抽象模板。
• 对象（Object）：类的实例，包含具体属性和行为。
• 继承（Inheritance）：子类继承父类的属性和方法，实现代码复用（如Java中的extends）。
• 封装（Encapsulation）：隐藏内部细节，通过接口访问对象（如私有属性+公有方法）。
• 多态（Polymorphism）：同一方法在不同对象中有不同实现（通过重写和接口实现）。
• 抽象（Abstraction）：提取关键特征，忽略非本质细节（如抽象类、接口）。

二、面向对象设计原则（SOLID原则）

1. 单一职责原则（SRP）：一个类只负责一个功能领域的变化。
2. 开闭原则（OCP）：对扩展开放，对修改关闭（通过抽象和继承实现）。
3. 里氏替换原则（LSP）：子类必须能替换父类，且不影响程序正确性。
4. 接口隔离原则（ISP）：客户端不应依赖不需要的接口，拆分臃肿接口。
5. 依赖倒置原则（DIP）：高层模块不依赖低层模块，二者依赖抽象（如面向接口编程）。

三、设计模式

• 创建型模式：用于对象创建的过程
  • 单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式(生成器模式)、原型模式
• 结构型模式：用于把类或对象通过某种形式结合在一起，构成某种复杂或合理的结构
  • 适配器模式、装饰者模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式(过滤器/标准模式)
• 行为型模式：用于解决类或对象之间的交互，更合理的优化类或对象之间的关系
  • 责任链模式、命令模式、迭代子模式(迭代器模式)、观察者模式、中介者模式、解析器模式、状态模式、空对象模式、策略模式、模板模式、访问者模式、备忘录模式、
• 常用设计模式及应用场景：

  模式类型	模式名称	核心思想	典型应用场景
  创建型	工厂方法	由子类决定实例化哪个类	动态创建对象
  	抽象工厂	创建相关对象家族	跨平台UI组件库
  	单例（Singleton）	确保一个类只有一个实例	数据库连接池、配置管理器
  结构型	适配器（Adapter）	转换接口使不兼容的类协同工作	旧系统接口适配新需求
  	装饰器（Decorator）	动态添加职责	Java I/O流、GUI组件增强
  行为型	观察者（Observer）	对象间一对多的依赖关系	事件处理系统（如消息通知）
  	策略（Strategy）	封装算法，使其可互换	排序算法、支付方式选择

四、UML建模技术

UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是面向对象系统分析与设计的标准化建模工具。

1. UML图类型与核心用途

   UML图类型	核心用途	考试高频场景
   类图（Class Diagram）	描述系统静态结构，包括类、接口、属性、方法及类间关系（继承、关联、依赖等）。	设计模式结构、数据库表结构映射
   用例图（Use Case Diagram）	描述系统功能需求与用户（参与者）的交互，明确系统边界。	需求分析阶段的功能定义
   序列图（Sequence Diagram）	也叫时序图，展示对象间消息传递的时间顺序，强调交互流程。	业务流程实现、方法调用逻辑
   活动图（Activity Diagram）	描述业务流程或算法的控制流，类似流程图，支持并行、分支、合并。	复杂业务逻辑建模
   状态图（State Diagram）	描述对象在其生命周期内的状态变迁及触发事件（如订单状态变化）。	状态驱动型系统（如工控系统）
   组件图（Component Diagram）	展示系统物理模块（组件）的依赖关系，用于系统架构设计。	软件架构设计、模块划分
   部署图（Deployment Diagram）	描述系统硬件节点的物理部署及组件分布（如服务器、客户端）。	分布式系统架构设计

2. 类图（Class Diagram）

   • 类表示：+ 公有（public），- 私有（private），# 保护（protected），~ 包内可见（package）。
   • 继承（泛化）：空心三角形箭头（子类—▷父类）
   • 实现：虚线空心三角形箭头（实现类┄▷接口）
   • 关联：实线箭头（可双向-→）
   • 依赖：虚线箭头（使用方┄→被依赖方）
   • 聚合：空心菱形箭头（集合◇—→个体）
   • 组合：实心菱形箭头（整体◆—→部分）
   • 示例：

3. 用例图（Use Case Diagram）

   • 参与者（Actor）：小人图标，表示系统外部交互角色（如用户、外部系统）。
   • 用例（Use Case）：椭圆，表示系统功能单元。
   • 关系：
     • 包含（Include）：虚线箭头 + <<include>>，表示用例A必须执行用例B（如“支付”包含“验证密码”）。
     • 扩展（Extend）：虚线箭头 + <<extend>>，表示用例A在特定条件下扩展用例B（如“订单提交”扩展“使用优惠券”）。
   • 示例：

4. 序列图（Sequence Diagram）

   • 对象（Object）：矩形框，显示对象名（如:User）。
   • 生命线（Lifeline）：垂直虚线，表示对象存在时间。
   • 消息（Message）：带箭头实线，表示方法调用（同步消息为实心箭头，异步消息为开放箭头）。
   • 激活条（Activation Bar）：矩形条，表示方法执行时间段。
   • 示例：

五、面向对象分析与设计（OOAD）

1. 分析阶段：OOA(面向对象分析)
   • 用例驱动：通过用例图明确系统功能需求。
   • 领域建模：提取关键实体（类）、属性及关系（ER模型→类图）。
2. 设计阶段：OOD(面向对象设计)
   • 架构设计：分层模型（表现层、业务层、数据层）。
   • 详细设计：类的方法实现、设计模式应用、接口定义。
3. OOP(面向对象编程)

六、高频考点与易错点

1. 多态的实现
   • 重写（Override）：子类重写父类方法（运行时多态）。
   • 重载（Overload）：同一类中方法名相同、参数不同（编译时多态）。
2. 组合 vs 继承
   • 优先使用组合（灵活性高），继承易导致耦合。
3. 接口 vs 抽象类
   • 接口：定义行为契约（无实现，多继承）。
   • 抽象类：包含部分实现，单继承。

七、典型例题解析

题目：某系统需要支持多种文件格式解析，且未来可能新增格式。如何设计？
答案：

1. 采用策略模式，定义解析接口FileParser，每种格式实现该接口。
2. 使用工厂方法模式动态创建具体解析器。
3. 符合开闭原则（新增格式无需修改原有代码）。