面向对象设计六大原则.docx

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(Single Responsibility Principle SRP) There should never be more than one reason for a class to change. 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，那么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(拨通电话)，Hangup(挂电话)，Receive(收到信息)，Send(发送信息)，经过分析不难判断出，实际上Dial(拨通电话)和Hangup(挂电话)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（Liskov Substitution Principle LSP）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：Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects.-继承必须确保超类中所拥有的性质在子类中仍然成立。2002年，软件工程大师Robert C. Martin出版了一本Agile Software DevelopmentPrinciples Patterns and Practices，在文中他把里氏代换原则最终简化为一句话：“Subtypes must be substitutable for their base types”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，那么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，那么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（Dependence Inversion Principle DIP ） 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：public class HondaCar public void Run() Console.WriteLine(本田车启动了！); public void Turn() Console.WriteLine(本田车拐弯了！); public void Stop() Console.WriteLine(本田车停止了！); public class FordCar public void Run() Console.WriteLine(福特车启动了！); public void Turn() Console.WriteLine(福特车拐弯了！); public void Stop() Console.WriteLine(福特车停止了！); public class AutoSystem public enum CarType Ford,Fonda private HondaCar hondcar=new HondaCar(); private FordCar fordcar=new FordCar(); private CarType type; public AutoSystem(CarType carType) this.type = carType; public void RunCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Run(); else if (this.type = CarType.Ford) fordcar.Run(); public void StopCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Stop(); else if (this.type = CarType.Ford) fordcar.Stop(); public void TurnCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Turn(); else if (this.type = CarType.Ford) 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：public class AutoSystem public enum CarType Ford,Fonda,Jeep private HondaCar hondcar=new HondaCar(); private FordCar fordcar=new FordCar(); private Jeep jeep = new Jeep(); private CarType type; public AutoSystem(CarType carType) this.type = carType; public void RunCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Run(); else if (this.type = CarType.Ford) fordcar.Run(); else if (this.type = CarType.Jeep) jeep.Run(); public void StopCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Stop(); else if (this.type = CarType.Ford) fordcar.Stop(); else if (this.type = CarType.Jeep) jeep.Stop(); public void TurnCar() if (this.type = CarType.Fonda) hondcar.Turn(); else if (this.type = CarType.Ford) fordcar.Turn(); else if (this.type = CarType.Jeep) 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，那么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：public interface ICar void Run(); void Stop(); void Turn(); public class HondaCar:ICar public void Run() Console.WriteLine(本田车启动了！); public void Turn() Console.WriteLine(本田车拐弯了！); public void Stop() Console.WriteLine(本田车停止了！); public class FordCar :ICar public void Run() Console.WriteLine(福特车启动了！); public void Turn() Console.WriteLine(福特车拐弯了！); public void Stop() Console.WriteLine(福特车停止了！); public class Jeep:ICar public void Run() Console.WriteLine(福特车启动了！); public void Turn() Console.WriteLine(福特车拐弯了！); public void Stop() Console.WriteLine(福特车停止了！); public class AutoSystem private ICar car; public AutoSystem(ICar car) this.car = car; public void RunCar() this.car.Run(); public void StopCar() this.car.Stop(); public void TurnCar() 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（Law of Demeter）又叫最少知识原则（Least Knowledge Principle LKP），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12345678910111213public class Teacher public void commond(GroupLeader groupLeader) List listGirls = new ArrayList(); for (int i = 0; i 20; i+) listGirls.add(new Girl(); groupLeader.countGirls(listGirls); 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：1234567public class Teacher public void commond(GroupLeader groupLeader) groupLeader.countGirls(); 12345678910111213public class GroupLeader private List listGirls; public GroupLeader(List _listGirls) this.listGirls = _listGirls; public void countGirls() System.out.println(女生数量是： + listGirls.size(); 5开放封闭原则(Open-Closed Principle OCP)Software entities(classes,modules,functions etc) should open for extension ,but close for modification. 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Template Method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：public class BankProcess /存款 public void Deposite() /取款 public void Withdraw() /转账 public void Transfer() public class BankStaff private BankProcess bankpro = new BankProcess(); public void BankHandle(Client client) switch (client.Type) /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public interface IBankProcess void Process(); public class DepositProcess : IBankProcess public void Process() /办理存款业务 Console.WriteLine(Process Deposit); public class WithDrawProcess : IBankProcess public void Process() /办理取款业务 Console.WriteLine(Process WithDraw); public class TransferProcess : IBankProcess public void Process() /办理转账业务 Console.WriteLine(Process Transfer); public class BankStaff private IBankProcess bankpro = null; public void BankHandle(Client client) switch (client.Type) /存款 case Deposit: bankpro = new DepositUser(); break; /转账 case Transfer: bankpro = new TransferUser(); break; /取款 case WithDraw: bankpro = new WithDrawUser(); break; bankpro.Process(); 这样当业务变更时，只需要修改对应的业务实现类就可以，其他不相干的业务就不必修改。当业务增加，只需要增加业务的实现就可以了。设计建议：开放封闭原则，是最为重要的设计原则，Liskov替换原则和合成/聚合复用原则为开放封闭原则提供保证。可以通过Template Method模式和Strategy模式进行重构，实现对修改封闭，对扩展开放的设计思路。封装变化，是实现开放封闭原则的重要手段，对于经常发生变化的状态，一般将其封装为一个抽象，例如银行业务中IBankProcess接口。拒绝滥用抽象，只将经常变化的部分进行抽象。6接口隔离原则(ISP)接口隔离原则 认为：使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好。因为接口如果能够保持粒度够小，就能保证它足够稳定，正如单一职责原则所标榜的那样。多个专门的接口就好比采用活字制版，可以随时拼版拆版，既利于修改，又利于文字的重用。而单一的总接口就是雕版印刷，显得笨重，实现殊为不易；一旦发现错字别字，就很难修改，往往需要整块雕版重新雕刻。例一：参考下图的设计，在这个设计里，取款、存款、转帐都使用一个通用界面接口，也就是说，每一个类都被强迫依赖了另两个类的接口方法，那么每个类有可能因为另外两个类的方法(跟自己无关)而被影响。拿取款来说，它根本不关心“存款操作”和“转帐操作”，可是它却要受到这两个方法的变化的影响。那么我们该如何解决这个问题呢？参考下图的设计，为每个类都单独设计专门的操作接口，使得它们只依赖于它们关系的方法，这样就不会互相影了！例二：使用多个专门的接口还能够体现对象的层次，因为我们可以通过接口的继承，实现对总接口的定义。例如，.NET框架中IList接口的定义。1. publicinterfaceIEnumerable 2. 3. IEnumeratorGetEnumerator(); 4. 5. publicinterfaceICollection:IEnumerable 6. 7. voidCopyTo(Arrayarray,intindex); 8. 9. /其余成员略 10. 11. publicinterfaceIList:ICollection,IEnumerable 12. 13. intAdd(objectvalue); 14. voidClear(); 15. boolContains(objectvalue); 16. intIndexOf(objectvalue); 17. voidInsert(intindex,objectvalue); 18. voidRemove(objectvalue); 19. voidRemoveAt(intindex); 20. 21. /其余成员略 22. 如果不采用这样的接口继承方式，而是定义一个总的接口包含上述成员，就无法实现IEnumerable接口、ICollection接口与IList接口成员之间的隔离。假如这个总接口名为IGeneralList，它抹平了IEnumerable接口、ICollection接口与IList接口之间的差别，包含了它们的所有方法。现在，如果我们需要定义一个Hashtable类。根据数据结构的特性，它将无法实现IGeneralList接口。因为Hashtable包含的Add()方法，需要提供键与值，而之前针对ArrayList的Add()方法，则只需要值即可。这意味着两者的接口存在差异。我们需要专门为Hashtable定义一个接口，例如IDictionary，但它却与IGeneralList接口不存在任何关系。正是因为一个总接口的引入，使得我们在可枚举与集合层面上丢失了共同的抽象意义。虽然Hashtable与ArrayList都是可枚举的，也都具备集合特征，它们却不可互换。如果遵循接口隔离原则，将各自的集合操作功能分解为不同的接口，那么站在ICollection以及IEnumerable的抽象层面上，可以认为ArrayList和Hashtable是相同的对象。在这一抽象层面上，二者是可替换的，如图2-9所示。这样的设计保证了一定程度的重用性与可扩展性。从某种程度来讲，接口隔离原则可以看做是接口层的单一职责