设计模式|面向对象设计的七大原则

目录

综述

单一职责原则

开闭原则

里氏转换原则

依赖倒转原则

接口隔离原则

合成/聚合复用原则

迪米特法则


综述

  1. 单一职责原则
  2. 开闭原则
  3. 里氏转换原则
  4. 依赖倒转原则
  5. 接口隔离原则
  6. 合成/聚合复用原则
  7. 迪米特法则

为什么要提倡“Design Pattern呢?根本原因是为了代码复用增加可维护性。那么怎么才能实现代码复用呢?

设计模式就是实现了这些原则,从而达到了代码复用、增加可维护性的目的。

面向对象设计原则为支持可维护性复用而诞生,这些原则蕴含在很多设计模式中,它们是从许多设计方案中总结出的指导性原则。面向对象设计原则也是我们用于评价一个设计模式的使用效果的重要指标之一,在设计模式的学习中,经常会看到诸如“XXX模式符合XXX原则”、“XXX模式违反了XXX原则”这样的语句。

单一职责原则要求实现类要职责单一
里氏代换原则要求不要去破坏继承系统
依赖倒转原则要求面向接口编程
接口隔离原则要求在设计接口的时候要精简单一
迪米特法则要求要降低耦合
开闭原则是总纲,要求对扩展开发,对修改关闭

单一职责原则

单一职责原则是最简单的面向对象设计原则,它用于控制类的粒度大小。单一职责原则定义如下:单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP):一个类只负责一个功能领域中的相应职责,或者可以定义为:就一个类而言,应该只有一个引起它变化的原因。

单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针(软件工程中对象之间的耦合度就是对象之间的依赖性),它是最简单但又最难运用的原则,需要设计人员发现类的不同职责并将其分离,而发现类的多重职责需要设计人员具有较强的分析设计能力和相关实践经验。

一个类,只有一个引起它变化的原因。应该只有一个职责。每一个职责都是变化的一个轴线,如果一个类有一个以上的职责,这些职责就耦合在了一起。这会导致脆弱的设计。当一个职责发生变化时,可能会影响其它的职责。另外,多个职责耦合在一起,会影响复用性。例如:要实现逻辑和界面的分离。

开闭原则

开闭原则(Open-Closed Principle, OCP):一个软件实体应当对扩展开放,对修改关闭。即软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展。

开闭原则明确的告诉我们:软件实现应该对扩展开放,对修改关闭,其含义是说一个软件实体应该通过扩张来实现变化, 而不是通过修改已有的代码来实现变化的。

里氏转换原则

里氏转换原则(Liskov Substitution Principle, LSP):所有引用基类(父类)的地方必须能透明地使用其子类的对象。

里氏代换原则告诉我们,在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象,程序将不会产生任何错误和异常,反过来则不成立,如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话,那么它不一定能够使用基类对象。例如:我喜欢动物,那我一定喜欢狗,因为狗是动物的子类;但是我喜欢狗,不能据此断定我喜欢动物,因为我并不喜欢老鼠,虽然它也是动物。

里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范

在进行设计的时候,尽量从抽象类继承,而不是从具体类继承。如果从继承等级树来看,所有叶子节点应当是具体类,而所有的树枝节点应当是抽象类或者接口。当然这个只是一个一般性的指导原则,使用的时候还要具体情况具体分析。

简单的理解为一个软件实体如果使用的是一个父类,那么一定适用于其子类,而且它察觉不出父类对象和子类对象的区别。也就是说,软件里面,把父类都替换成它的子类,程序的行为没有变化。

依赖倒转原则

依赖倒转原则(Dependency Inversion Principle, DIP):抽象不应该依赖于细节,细节应当依赖于抽象。换言之,要针对接口编程,而不是针对实现编程。

依赖倒转原则要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中,尽量引用层次高的抽象层类,即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明,以及数据类型的转换等,而不要用具体类来做这些事情。为了确保该原则的应用,一个具体类应当只实现接口或抽象类中声明过的方法,而不要给出多余的方法,否则将无法调用到在子类中增加的新方法。

在引入抽象层后,系统将具有很好的灵活性,在程序中尽量使用抽象层进行编程,而将具体类写在配置文件中,这样一来,如果系统行为发生变化,只需要对抽象层进行扩展,并修改配置文件,而无须修改原有系统的源代码,在不修改的情况下来扩展系统的功能,满足开闭原则的要求。

接口隔离原则

接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP):使用多个专门的接口,而不使用单一的总接口,即客户端不应该依赖那些它不需要的接口。

根据接口隔离原则,当一个接口太大时,我们需要将它分割成一些更细小的接口,使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。每一个接口应该承担一种相对独立的角色,不干不该干的事,该干的事都要干。这里的“接口”往往有两种不同的含义:一种是指一个类型所具有的方法特征的集合,仅仅是一种逻辑上的抽象;另外一种是指某种语言具体的“接口”定义,有严格的定义和结构。

合成/聚合复用原则

合成复用原则(Composite Reuse Principle, CRP):尽量使用对象组合,而不是继承来达到复用的目的

合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系(包括组合关系和聚合关系)来使用一些已有的对象,使之成为新对象的一部分;新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的目的。简言之:复用时要尽量使用组合/聚合关系(关联关系),少用继承。

在面向对象设计中,可以通过两种方法在不同的环境中复用已有的设计和实现,即通过组合/聚合关系或通过继承。

但首先应该考虑使用组合/聚合组合/聚合可以使系统更加灵活,降低类与类之间的耦合度,一个类的变化对其他类造成的影响相对较少;

其次才考虑继承,在使用继承时,需要严格遵循里氏代换原则,有效使用继承会有助于对问题的理解,降低复杂度,而滥用继承反而会增加系统构建和维护的难度以及系统的复杂度,因此需要慎重使用继承复用。

通过继承来进行复用的主要问题在于继承复用会破坏系统的封装性,因为继承会将基类的实现细节暴露给子类,由于基类的内部细节通常对子类来说是可见的,所以这种复用又称“白箱”复用,如果基类发生改变,那么子类的实现也不得不发生改变;从基类继承而来的实现是静态的,不可能在运行时发生改变,没有足够的灵活性;而且继承只能在有限的环境中使用(如类没有声明为不能被继承)。

迪米特法则

迪米特法则又称为最少知识原则(LeastKnowledge Principle, LKP),其定义如下:迪米特法则(Law of Demeter, LoD):一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用。

如果一个系统符合迪米特法则,那么当其中某一个模块发生修改时,就会尽量少地影响其他模块,扩展会相对容易,这是对软件实体之间通信的限制,迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度。迪米特法则可降低系统的耦合度,使类与类之间保持松散的耦合关系。

迪米特法则还有几种定义形式,包括:不要和“陌生人”说话、只与你的直接朋友通信等,在迪米特法则中,对于一个对象,其朋友包括以下几类:

  • 当前对象本身(this);
  • 以参数形式传入到当前对象方法中的对象;
  • 当前对象的成员对象;
  • 如果当前对象的成员对象是一个集合,那么集合中的元素也都是朋友
  • 当前对象所创建的对象。

任何一个对象,如果满足上面的条件之一,就是当前对象的“朋友”,否则就是“陌生人”。在应用迪米特法则时,一个对象只能与直接朋友发生交互,不要与“陌生人”发生直接交互,这样做可以降低系统的耦合度,一个对象的改变不会给太多其他对象带来影响。

迪米特法则要求我们在设计系统时,应该尽量减少对象之间的交互,如果两个对象之间不必彼此直接通信,那么这两个对象就不应当发生任何直接的相互作用,如果其中的一个对象需要调用另一个对象的某一个方法的话,可以通过第三者转发这个调用。简言之,就是通过引入一个合理的第三者来降低现有对象之间的耦合度。

在将迪米特法则运用到系统设计中时,要注意下面的几点:

在类的划分上,应当尽量创建松耦合的类,类之间的耦合度越低,就越有利于复用,一个处在松耦合中的类一旦被修改,不会对关联的类造成太大波及
在类的结构设计上,每一个类都应当尽量降低其成员变量和成员函数的访问权限
在类的设计上,只要有可能,一个类型应当设计成不变类
在对其他类的引用上,一个对象对其他对象的引用应当降到最低。
 

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