面向对象设计六大原则.docx
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面向对象设计六大原则
面向对象设计六大原则
面向对象设计的原则是面向对象思想的提炼,它比面向对象思想的核心要素更具可操作性,但与设计模式相比,却又更加的抽象,是设计精神要义的抽象概括。
形象地将,面向对象思想像法理的精神,设计原则则相对于基本宪法,而设计模式就好比各式各样的具体法律条文了。
面向对象设计原则有6个：
开放封闭原则,单一职责原则,依赖倒置原则,Liskov替换原则,迪米特法则和接口隔离原则或合成/聚合复用原则〔不同资料略有不同,这里对7个都做了整理〕。
1单一职责原则
Thereshouldneverbemorethanonereasonforaclasstochange.什么意思呢？
所谓单一职责原则就是一个类只负责一个职责,只有一个引起变化的原因。
如果一个类承担的职责过多,就等于把这些职责耦合在一起,一个职责的变化会削弱或抑制这个类完成其他职责的能力,这个耦合会导致脆弱的设计。
软件设计真正要做的许多内容,就是发现职责并把这些职责相互分离；如果能够想到多于一个动机去改变一个类,则这个类就具有多于一个职责,就应该考虑类的分离。
以调制解调器为例如下图：
从上述类图里面我们发现有四个方法Dial<拨通>,Hangup<挂>,Receive<收到信息>,Send<发送信息>,经过分析不难判断出,实际上Dial<拨通>和Hangup<挂>是属于连接的范畴,而Receive<收到信息>和Send<发送信息>是属于数据传送的范畴。
这里类包括两个职责,显然违反了SRP。
这样做有潜在的隐患,如果要改变连接的方式,势必要修改Modem,而修改Modem类的结果导致凡事依赖Modem类可能都需要修改,这样就需要重新编译和部署,不管数据传输这部分是否需要修改。
因此要重构Modem类,从中抽象出两个接口,一个专门负责连接,另一个专门负责数据传送。
依赖Modem类的元素要做相应的细化,根据职责的不同分别依赖不同的接口。
如下图：
这样以来,无论单独修改连接部分还是单独修改数据传送部分,都彼此互不影响。
总结单一职责优点：
降低类的复杂性,
提高可维护性
提高可读性。
降低需求变化带来的风险。
需求变化是不可避免的,如果单一职责做的好,一个接口修改只对相应的实现类有影响,对其它的接口无影响,这对系统的扩展性和维护性都有很大的帮助。
2里氏替换原则〔LiskovSubstitutionPrincipleLSP〕
里氏替换原则是面向对象设计的基本原则之一。
任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。
LSP是继承复用的基石,只有当子类可以替换基类,软件单位的功能不受影响时,基类才能真正的被复用,而子类也可以在基类的基础上增加新的行为。
Liskov提出了关于继承的原则：
Inheritanceshouldensurethatanypropertyprovedaboutsupertypeobjectsalsoholdsforsubtypeobjects.----继承必须确保超类中所拥有的性质在子类中仍然成立。
20##,软件工程大师RobertC.Martin出版了一本《AgileSoftwareDevelopmentPrinciplesPatternsandPractices》,在文中他把里氏代换原则最终简化为一句话：
"Subtypesmustbesubstitutablefortheirbasetypes"也就是说子类必须能够替换成他们的基类。
里氏替换原则讲的是基类和子类的关系,只有这种关系存在的时候里氏替换原则才能成立。
里氏替换原则是实现开放封闭原则的具体规范。
这是因为：
实现开放封闭原则的关键是抽象,而继承关系又是抽象的一种具体实现。
我们大家都打过CS的游戏,用枪射击杀人,如下类图：
枪的主要职责是射击,如何射击在各个具体的子类中定义。
注意在类中调用其他类时务必调用父类或接口,如果不能掉话父类或接口,说明类的射击已经违反了LSP原则。
如果我们有一个玩具手枪,该如何定义呢？
我们先在类图2-1上增加一个类ToyGun,然后继承于AbstractGun类,修改后的类图如下：
玩具枪是不能用来射击的,杀不死人的,这个不应该写shoot方法,在这种情况下业务的调用类就会出现问题。
为了解决这个问题,ToyGun可以脱离继承,建立一个独立的父类,为了做到代码可以服用,可以与AbstractGun建立关联委托关系,如下图：
因此,如果子类不能完整地实现父类的方法,则建议断开父子继承关系,采用依赖,聚合,组合等关系代替继承。
子类可以有自己的属性或方法。
覆盖或实现父类的方法时输入的参数可以放大。
覆盖或实现父类的方法时输出结果可以被缩小。
这是什么意思呢,父类的方法返回值是一个类型T,子类相同的方法〔覆写〕的返回值为类型S,则根据里氏替换原则就要求S必须小于等于T,也就是说要么S和T是同一个类型,要么S是T的子类型。
采用里氏替换原则的目的就是增加程序的健壮性,需求变更时也可以保持良好的兼容性和稳定性,即使增加子类,原有的子类可以继续运行。
在实际项目中,每个子类对应不同的业务含义,使用父类作为参数,传递不同的子类完成不同业务逻辑。
3依赖倒置原则〔DependenceInversionPrincipleDIP〕
所谓依赖倒置原则就是要依赖于抽象,不要依赖于具体。
简单的说就是对抽象进行编程,不要对实现进行编程,这样就降低了客户与实现模块间的耦合。
面向过程的开发,上层调用下层,上层依赖于下层,当下层剧烈变化时,上层也要跟着变化,这就会导致模块的复用性降低而且大大提高了开发的成本。
面向对象的开发很好的解决了这个问题,一般的情况下抽象的变化概率很小,让用户程序依赖于抽象,实现的细节也依赖于抽象。
即使实现细节不断变化,只要抽象不变,客户程序就不需要变化。
这大大降低了客户程序域实现细节的耦合度。
比如一个合资汽车公司现在要求开发一个自动驾驶系统,只要汽车上安装上这个系统,就可以实现无人驾驶,该系统可以在福特车系列和本田车系列上使用。
面向过程的结构图：
实现代码如下：
publicclassHondaCar
{
publicvoidRun<>{Console.WriteLine<"本田车启动了！
">;}
publicvoidTurn<>{Console.WriteLine<"本田车拐弯了！
">;}
publicvoidStop<>{Console.WriteLine<"本田车停止了！
">;}
}
publicclassFordCar
{
publicvoidRun<>{Console.WriteLine<"福特车启动了！
">;}
publicvoidTurn<>{Console.WriteLine<"福特车拐弯了！
">;}
publicvoidStop<>{Console.WriteLine<"福特车停止了！
">;}
}
publicclassAutoSystem
{
publicenumCarType{Ford,Fonda}
privateHondaCarhondcar=newHondaCar<>;
privateFordCarfordcar=newFordCar<>;
privateCarTypetype;
publicAutoSystem
{
this.type=carType;
}
publicvoidRunCar<>
{
if
{
hondcar.Run<>;
}
elseif
{
fordcar.Run<>;
}
}
publicvoidStopCar<>
{
if
{
hondcar.Stop<>;
}
elseif
{
fordcar.Stop<>;
}
}
publicvoidTurnCar<>
{
if
{
hondcar.Turn<>;
}
elseif
{
fordcar.Turn<>;
}
}
}
显然这个实现代码也可满足现在的需求。
但是如何现在公司业务规模扩大了,该自动驾驶系统还要把吉普车也兼容了。
这些就需要修改AutoSystem类如下：
publicclassAutoSystem
{
publicenumCarType{Ford,Fonda,Jeep}
privateHondaCarhondcar=newHondaCar<>;
privateFordCarfordcar=newFordCar<>;
privateJeepjeep=newJeep<>;
privateCarTypetype;
publicAutoSystem
{
this.type=carType;
}
publicvoidRunCar<>
{
if
{
hondcar.Run<>;
}
elseif
{
fordcar.Run<>;
}
elseif
{
jeep.Run<>;
}
}
publicvoidStopCar<>
{
if
{
hondcar.Stop<>;
}
elseif
{
fordcar.Stop<>;
}
elseif
{
jeep.Stop<>;
}
}
publicvoidTurnCar<>
{
if
{
hondcar.Turn<>;
}
elseif
{
fordcar.Turn<>;
}
elseif
{
jeep.Turn<>;
}
}
}
通过代码分析得知,上述代码也确实满足了需求,但是软件是不断变化的,软件的需求也是变化的,如果将来业务又扩大了,该自动驾驶系统还有能实现通用、三菱、大众汽车,这样我们不得不又要修改AutoSystem类了。
这样会导致系统越来越臃肿,越来越大,而且依赖越来越多低层模块,只有低层模块变动,AutoSystem类就不得不跟着变动,导致系统设计变得非常脆弱和僵硬。
导致上面所述问题一个原因是,含有高层策略的模块,如AutoSystem模块,依赖于它所控制的低层的具体细节的模块〔如FordCar和HondaCar〕。
如果能使AutoSystem模块独立于它所控制的具体细节,而是依赖抽象,则我们就可以服用它了。
这就是面向对象中的"依赖倒置"机制。
如下类图：
实现代码如下：
publicinterfaceICar
{
voidRun<>;
voidStop<>;
voidTurn<>;
}
publicclassHondaCar:
ICar
{
publicvoidRun<>{Console.WriteLine<"本田车启动了！
">;}
publicvoidTurn<>{Console.WriteLine<"本田车拐弯了！
">;}
publicvoidStop<>{Console.WriteLine<"本田车停止了！
">;}
}
publicclassFordCar:
ICar
{
publicvoidRun<>{Console.WriteLine<"福特车启动了！
">;}
publicvoidTurn<>{Console.WriteLine<"福特车拐弯了！
">;}
publicvoidStop<>{Console.WriteLine<"福特车停止了！
">;}
}
publicclassJeep:
ICar
{
publicvoidRun<>{Console.WriteLine<"福特车启动了！
">;}
publicvoidTurn<>{Console.WriteLine<"福特车拐弯了！
">;}
publicvoidStop<>{Console.WriteLine<"福特车停止了！
">;}
}
publicclassAutoSystem
{
privateICarcar;
publicAutoSystem
{
this.car=car;
}
publicvoidRunCar<>
{
this.car.Run<>;
}
publicvoidStopCar<>
{
this.car.Stop<>;
}
publicvoidTurnCar<>
{
this.car.Turn<>;
}
}
现在Autosystem系统依赖于ICar这个抽象,而与具体的实现细节HondaCar:
和FordCar无关,所以实现细节的变化不会影响AutoSystem.对于实现细节只要实现ICar即可。
即实现细节依赖于ICar抽象。
综上所述：
一个应用中的重要策略决定及业务正是在这些高层的模块中。
也正是这些模块包含这应用的特性。
但是,当这些模块依赖于低层模块时,低层模块的修改比较将直接影响到他们,迫使它们也改变。
这种情况是荒谬的。
应该是处于高层的模块去迫使那些低层的模块发生改变。
处于高层的模块应优先于低层的模块。
无论如何高层模块也不应该依赖于低层模块。
而且我们想能够复用的是高层的模块,只有高层模块独立于低层模块时,复用才有可能。
总之,高层次的模块不应该依赖于低层次的模块,它们都应该依赖于抽象。
抽象不应该依赖于具体,具体应该依赖于抽象。
4迪米特法则
迪米特法则〔LawofDemeter〕又叫最少知识原则〔LeastKnowledgePrincipleLKP〕,就是说一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解,不和陌生人说话。
对面向对象来说,一个软件实体应当尽可能的少的与其他实体发生相互作用。
每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知识,而其局限于那些与本单位密切相关的软件单位。
迪米特法则的目的在于降低类之间的耦合。
由于每个类尽量减少对其他类的依赖,因此,很容易使得系统的功能模块相互独立,相互之间不存在依赖关系。
应用迪米特法则有可能造成的一个后果就是,系统中存在的大量的中介类,这些类只所以存在完全是为了传递类之间的相互调用关系---这在一定程度上增加系统的复杂度。
设计模式中的门面模式〔Facade〕和中介模式〔Mediator〕都是迪米特法则的应用的例子。
狭义的迪米特法则的缺点：
在系统里面造出大量的小方法,这些方法仅仅是传递间接的调用,与系统的商业逻辑无关。
遵循类之间的迪米特法则会使一个系统的局部设计简化,因为每一个局部都不会和远距离的对象有之间的关联。
但是,这也会造成系统的不同模块之间的通信效率降低,也会使系统的不同模块之间不容易协调。
广义的迪米特法则在类的设计上的体现：
优先考虑将一个类设置成不变类.
尽量降低一个类的访问权限。
尽量降低成员的访问权限。
下面的代码在方法体内部依赖了其他类,这严重违反迪米特法则
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publicclassTeacher{
publicvoidmond{
ListlistGirls=newArrayList<>;
for{
listGirls.add>;
}
groupLeader.countGirls;
}
}
方法是类的一个行为,类竟然不知道自己的行为与其他类产生了依赖关系,这是不允许的。
正确的做法是：
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publicclassTeacher{
publicvoidmond{
groupLeader.countGirls<>;
}
}
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publicclassGroupLeader{
privateListlistGirls;
publicGroupLeader_listGirls>{
this.listGirls=_listGirls;
}
publicvoidcountGirls<>{
<"女生数量是：
"+listGirls.size<>>;
}
}
5开放封闭原则
Softwareentitiesshouldopenforextension,butcloseformodification.
什么意思呢？
所谓开放封闭原则就是软件实体应该对扩展开发,而对修改封闭。
开放封闭原则是所有面向对象原则的核心。
软件设计本身所追求的目标就是封装变化,降低耦合,而开放封闭原则正是对这一目标的最直接体现。
开放封闭原则主要体现在两个方面：
对扩展开放,意味着有新的需求或变化时,可以对现有代码进行扩展,以适应新的情况。
对修改封闭,意味着类一旦设计完成,就可以独立其工作,而不要对类尽任何修改。
为什么要用到开放封闭原则呢？
软件需求总是变化的,世界上没有一个软件的是不变的,因此对软件设计人员来说,必须在不需要对原有系统进行修改的情况下,实现灵活的系统扩展。
如何做到对扩展开放,对修改封闭呢？
实现开放封闭的核心思想就是对抽象编程,而不对具体编程,因为抽象相对稳定。
让类依赖于固定的抽象,所以对修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和多态机制,可以实现对抽象体的继承,通过覆写其方法来改变固有行为,实现新的扩展方法,所以对于扩展就是开放的。
对于违反这一原则的类,必须通过重构来进行改善。
常用于实现的设计模式主要有TemplateMethod模式和Strategy模式。
而封装变化,是实现这一原则的重要手段,将经常变化的状态封装为一个类。
以银行业务员为例
没有实现OCP的设计：
publicclassBankProcess
{
//存款
publicvoidDeposite<>
{
}
//取款
publicvoidWithdraw<>
{
}
//转账
publicvoidTransfer<>
{
}
}
publicclassBankStaff
{
privateBankProcessbankpro=newBankProcess<>;
publicvoidBankHandle
{
switch
{
//存款
case"deposite":
bankpro.Deposite<>;
break;
//取款
case"withdraw":
bankpro.Withdraw<>;
break;
//转账
case"transfer":
bankpro.Transfer<>;
break;
}
}
}
这种设计显然是存在问题的,目前设计中就只有存款,取款和转账三个功能,将来如果业务增加了,比如增加申购基金功能,理财功能等,就必须要修改BankProcess业务类。
我们分析上述设计就不能发现把不能业务封装在一个类里面,违反单一职责原则,而有新的需求发生,必须修改现有代码则违反了开放封闭原则。
从开放封闭的角度来分析,在银行系统中最可能扩展的就是业务功能的增加或变更。
对业务流程应该作为扩展的部分来实现。
当有新的功能时,不需要再对现有业务进行重新梳理,然后再对系统做大的修改。
如何才能实现耦合度和灵活性兼得呢？
那就是抽象,将业务功能抽象为接口,当业务员依赖于固定的抽象时,对修改就是封闭的,而通过继承和多态继承,从抽象体中扩展出新的实现,就是对扩展的开放。
以下是符合OCP的设计：
首先声明一个业务处理接口
publicinterfaceIBankProcess
{
voidProcess<>;
}
publicclassDepositProcess:
IBankProcess
{
publicvoidProcess<>
{
//办理存款业务
Console.WriteLine<"ProcessDeposit">;
}
}
publicclassWithDrawProcess:
IBankProcess
{
publicvoidProcess<>
{
//办理取款业务
Console.WriteLine<"ProcessWithDraw">;
}
}
publicclassTransferProcess:
IBankProcess
{
publicvoidProcess<>
{
//办理转账业务
Console.WriteLine<"ProcessTransfer">;
}
}
publicclassBankStaff
{
privateIBankProcessbankpro=null;
publicvoidBankHandle
{
switch
{
//存款
case"Deposit":
bankpro=newDepositUser<>;
break;
//转账
case"Transfer":
bankpro=newTransferUser<>;
break;
//取款
case"WithDraw":
bankpro=newWithDrawUser<>;
break;
}
bankpro.Process<>;
}
}
这样当
升级会员 