面向对象设计与分析是软件开发中的核心概念，主要涉及类、对象、继承、多态、封装等关键概念。本篇文章将详细阐述这些知识点，并结合山东大学软件学院2019-2020年面向对象设计与分析期末考试的相关题目进行解析。
1. 继承与多态
- 继承：继承是面向对象编程的一大特性，允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和方法。理想的继承形式包括单继承和接口继承，因为它们保持了类之间的关系清晰。不好的继承方式包括菱形继承、多重继承等，可能导致类的复杂性和代码冗余。
- 多态：多态性使得不同类的对象可以使用相同的接口。四种多态类型通常包括静态多态（编译时确定）、动态多态（运行时确定）、参数多态（函数或方法参数可以是多种类型）和包含多态（对象内部的方法调用）。
2. 内存分配方式
- 堆内存分配：程序员手动管理，用于创建大对象或动态数组。
- 栈内存分配：系统自动管理，用于存储局部变量和函数调用信息。
- 数据段/全局内存分配：存储程序的全局变量和常量。
- 代码段：存放程序的机器指令。
3. 选择继承与组合
- 继承：实现代码复用，但可能导致类的耦合度增加。
- 组合：通过对象的组合实现功能，保持类的独立性，更符合"has-a"关系。
4. 重载与方法选择
- 重载：在同一作用域内，函数或方法具有相同的名称但参数列表不同。
- 编译器匹配步骤：根据参数类型、数量、顺序来决定调用哪个重载方法。例如，题目中提到的Food类，order方法的参数可能是不同类型的食物对象，编译器会根据对象的实际类型来决定调用哪个版本的order方法。
5. 程序设计实践
- Sparrow和Cat类问题：可以使用接口（如Animal）定义move方法，让两个类实现该接口。
- 开关控制白炽灯的类图设计：应考虑抽象出一个通用的“开关”类，然后为各种设备（如白炽灯、日光灯）创建子类，通过组合实现开关对设备的控制。这样设计的优点是提高了代码的可扩展性和模块化。
6. 设计模式应用
- 房屋销售场景：可以使用工厂模式来创建不同类型的房屋；使用观察者模式，当房屋卖出时，通知经理；使用装饰模式，用户装修房屋时，添加额外的功能。
- 电影院售票系统：可采用策略模式来处理折扣策略，如学生票、儿童票、VIP票的计算；积分制度可以使用状态模式来管理用户的积分状态；同时，整个售票系统可能使用责任链模式，使得多个组件可以处理一个请求。
7. 类图绘制与设计优点
- 类图是UML中的一种图表，用于表示类、接口、对象及其关系。在上述场景中，设计模式的使用能够提高代码的灵活性和可维护性，降低耦合度，使得系统更易于扩展。
8. 编程实践
- 编写代码实现上述场景的具体细节，如创建特定的类、接口、方法，并确保符合面向对象原则，如封装、继承和多态。
通过以上的讨论，我们可以看到面向对象设计与分析在实际问题解决中的重要性，以及如何利用这些理论知识来构建高效、灵活的软件系统。在学习和实践中，理解并掌握这些概念是至关重要的。
