類別設計

7.1 選用類別

• 一個類別代表一個單一概念
• 有的概念來自數學:
  Point
  Rectangle
  Ellipse
  
• 有的概念來自現實生活:
  BankAccount
  Purse
• 有些是行為者(actor, 末尾為 -er, -or):
  StringTokenizer
  Random (更適當的說法是 RandomNumberGenerator)
  
• 有些是公用類別(Utility classes) -- 沒有物件, 只有 static 方法
  Math

7.2 Cohesion and Coupling

Cohesion

• Cohesive = 公用界面與類別所代表的單一概念的關係密切
• 此一類別缺乏 cohesion:
  

  public class Purse
  {
     public Purse(){...} 
     public void addNickels(int count){...} 
     public void addDimes(int count){...} 
     public void addQuarters(int count){...} 
     public double getTotal(){...} 
     public static final double NICKEL_VALUE =0.05; 
     public static final double DIME_VALUE =0.1; 
     public static final double QUARTER_VALUE =0.25; ... 
  }
  

Cohesion

• 兩種概念: purse 和 coin
• 解決之道: 造兩個類別:
  

  public class Coin 
  { 
     public Coin(double aValue,String aName){...} 
     public double getValue(){...} 
     ... 
  }
  
  public class Purse 
  { 
     public Purse(){...} 
     public void add(Coin aCoin){...} 
     public double getTotal(){...} 
     ... 
  } 
  

Coupling

• 一類別和另一類別 相依, 假如前者呼用後者的方法之一
• 例如, Purse 和 Coin 相依, 因為前者呼用 Coin 中的 getValue 方法
• Coin 未和 Purse 相依
  
• 高 Coupling = 有許多的類別相依關係
• 儘量減少 coupling 以減少更改界面所導致的影響

Purse 和 Coin 的相依關係

類別間的高低 Coupling

7.3 Accessor 和 Mutator 類別

• Accessor: 不改變內隱參數的狀態, (例如 getBalance)
• Mutator: 會改變內隱參數的狀態, (例如 deposit)
• Rule of thumb: Mutator should return void
  
• Immutable class: all methods are accessors (例如 String)

7.4 副作用(Side Effect)

• 副作用: 在內隱參數之外任何可看得到的改變
• 例一: 修改外顯參數
  

  public void transfer(double amount, BankAccount other)
  {
     balance = balance - amount;
     other.balance = other.balance + amount;
  }
  

• 例二: 在方法中列印
  

  public void deposit(double amount)
  {   
     if (amount < 0)
        System.out.println("Bad value");
     . . .
  }
  

• 儘量避免副作用, 尤其是儘量避免與 System, PrintStream 耦合在一起

常見錯誤: 修改基本型式的參數

• void transfer(double amount, double otherBalance)
  {
     balance = balance - amount;
     otherBalance = otherBalance + amount;
  }
  

• 行不通, 方法不能更改基本型式的參數
• Scenario:
  

  double savingsBalance = 1000;
  harrysChecking.transfer(500, savingsBalance)

修改數值參數對 Caller 沒有影響

7.5 前置條件和後置條件

前置條件(Precondition)

• Publish preconditions so the caller won't call methods with bad parameters

• /**
     Deposits money into this account.
     @param amount the amount of money to deposit
     (Precondition: amount >= 0)
  */
  

• 典型用法:
• 限制方法的參數
• 要求只在物件處於適當狀態時呼用方法
• 當前置條件未滿足時, 呼用方法其結果難料

前置條件未滿足時

• 假如違反前置條件, 方法可 throw exception, 例如
  

  if (amount < 0)
     throw new IllegalArgumentException();
  balance = balance + amount;
  

• throw exception 要比悄悄帶過去好, 如

  if (amount < 0)
     return; // don't do this
  balance = balance + amount;

• 方法不需要測試前置條件

  // no test--that's ok
  // if this makes the balance negative, 
  // it's the caller's fault
           
  balance = balance + amount;
  

後置條件(Postcondition)

• 方法做完後必須滿足的條件.

• /**
     Deposits money into this account.
     (Postcondition: getBalance() >= 0)
     @param amount the amount of money to deposit
     (Precondition: amount >= 0)
  */
  

• 不要重覆 @return 的句子做為後置條件
• 約束: 假如 caller 滿足前置條件, 方法必須滿足後置條件

7.6 Static 方法

• 每一方法必須在一類別中。
• static 方法也稱為類別方法(class method)。
• 有的方法沒有外顯參數。
  例如在第五章提及兩個浮點數約略相等的條件是

  	|x - y| / max(|x|, |y|) <= ε
  

  ε是個很小的數。 假如 x 或 y 有一為 0, 則另一個的絕對值不大於 ε。

  使用方法實現時, 既然所有外顯參數都是數字(基本型式之一), 並不是對物件做運算, 因此設計成 static 方法:

  class Numeric
  { 
   	public static boolean   approxEqual(double x, double y)
  	{
  	final double EPSILON = 1E-14;
  	if(x == 0) return Math.abs(y) <= EPSILON;
  	if(y == 0) return Math.abs(x) <= EPSILON;
  	return Math.abs(x - y) /
  		Math.max(Math.abs(y), Math.abs(y))
  		<= EPSILON;
  	}
  }
  

• 呼用時用類別名稱, 而不用物件, 如:

  if (Numeric.approxEqual(a, b)) . . . 

• main is static -- 因為程式一開始, 還沒有物件, 因此第一個執行的方法必須是 static。
• 使用 static 方法越多, 表示物件導向的成份越少

7.7 Static Fields

• 一個類別一項 static field
• static field 也稱為類別變數(class variable)。

• public class BankAccount
  {
     . . .
     private double balance;
     private int accountNumber;
     private static int lastAccountNumber;
  }
  

• public BankAccount()
  {
     lastAssignedNumber++; 
        // increment static field
     accountNumber = lastAssignedNumber; 
        // set instance field
  }
  

• 儘量少使用 static fields. (Static final fields are ok.)
  

A Static Field and Instance Fields

7.8 適用範圍

• 變數的適用範圍(Scope ): 變數名稱在程式中適用的區域
• 區域(local)變數的範圍: 從該變數的定義到區塊未尾
• 類別範圍(Class scope): 類別中的所有方法
• 在適用範圍之外, 必須用公有成員修飾, 例如 Math.sqrt
• 範圍重疊: 區域範圍勝過類別範圍, 如
  

  public class Coin
  {
     public void draw(Graphics2D g2)
     {
        String name = "SansSerif"; // local scope
        g2.setFont(new Font(name, . . .)); // local name
        g2.drawString(this.name, . . .); // field name
     }
     private String name; // class scope
     . . .
  }

7.9 程式套件(Packages)

Placing Classes into Packages

• 要將類別放入套件, 檔案用 package 敘述起頭
  package packagename;

• package com.horstmann.bigjava;
  public class Numeric
  {
     . . .
  }
  

• 預設的套件沒有名稱, 也不用 package 敘述

引用套件

• 沒有引用也可以使用類別, 不過必須用全修飾名稱
  

  java.awt.Color backgroundColor 
     = new java.awt.Color(. . .);
  

• 使用全修飾名稱相當煩瑣
• 經由引用(Import) 可以使用較短的類別名稱
  

  import java.awt.Color;
  . . .
  Color backgroundColor = new Color(. . .);
  

• 可以引用套件中的所有類別
  

  import java.awt.*;
  

• 不需引用 java.lang
  

套件名稱

• 套件名稱應明確而不含糊
• 建議: 使用倒反的網域名稱, 如
  org.omg.CORBA
  com.horstmann.bigjava
• 路徑(Path)名稱應和套件名稱一致, 如
  com/horstmann/bigjava/Numeric.java
• 路徑名稱前面為類別路徑, 可用下列命令設定:
  Windows 用 set CLASSPATH=c:\home\walters:.
  Unix 用 export CLASSPATH=/home/walters:.
  
  

套件的基目錄和次目錄