7个设计原则 = SOLID + Lod + CRP
正如牛顿三大定律在经典力学中的位置一样,开闭原则是面向对象的可复用设计(Object Oriented Design或OOD)的基石。其他设计原则(里氏代换原则、依赖倒置原则、单一职责原则、接口隔离原则、迪米特法则、合成复用原则)是实现开闭原则的手段和工具。
开闭原则
开闭原则(Open Closed Principle,OCP)由勃兰特·梅耶(Bertrand Meyer)提出,他在 1988 年的 著作《面向对象软件构造》(Object Oriented Software Construction)中 提出:软件实体应当对扩展开放,对修改关闭(Software entities should be open for extension,but closed for modification),这就是开闭原则的经典定义。
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【例】Windows 的桌面主题设计。
分析:Windows 的主题是桌面背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的桌面主题,也可以从网上下载新的主题。这些主题有共同的特点,可以为其定义一个抽象类(Abstract Subject),而每个具体的主题(Specific Subject)是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题,而不需要修改原代码,所以它是满足开闭原则的,其类图如下。
里氏替换原则
里氏替换原则(Liskov Substitution Principle,LSP)由麻省理工学院计算机科学实验室的里斯科夫(Liskov)女士在 1987 年的“面向对象技术的高峰会议”(OOPSLA)上 发表的一篇文章《数据抽象和层次》(Data Abstraction and Hierarchy)里 提出来的,她提出:继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立(Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects)。
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【例】企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分,它们属于鸟类; 但从类的继承关系来看,由于它们不能继承“飞鸟”会飞的功能,所以它们不能定义成“飞鸟”的子类。需要重新它们定义和飞鸟的共同父类,因为它们都会跑, 可以定义成"动物",其类图如下。
依赖倒置原则
依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,DIP)是 Object Mentor 公司 总裁罗伯特·马丁(Robert C.Martin)于 1996 年在 C++ Report 上发表的文章。
依赖倒置原则的原始定义为:高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖其抽象; 抽象不应该依赖细节,细节应该依赖抽象(High level modules shouldnot depend upon low level modules.Both should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions)。 其核心思想是:要面向接口编程,不要面向实现编程。
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【例】依赖倒置原则在“顾客购物程序”中的应用。 分析:本程序反映了 “顾客类”与“商店类”的关系。商店类中有 sell() 方法, 顾客类通过该方法购物以下代码定义了顾客类通过网店 BookShop 购物:
class Customer {
public void shopping(BookShop shop) {
//购物
System.out.println(shop.sell());
}
}
但是,这种设计存在缺点,如果该顾客想从另外一家商店(如FoodShop)购物,
就要将该顾客的代码修改如下:
class Customer {
public void shopping(FoodShop shop) {
//购物
System.out.println(shop.sell());
}
}
顾客每更换一家商店,都要修改一次代码,这明显违背了开闭原则。 存在以上缺点的原因是:顾客类设计时同具体的商店类绑定了,这违背了依赖倒置原则。 解决方法是:定义“BookShop”和“FoodShop”的共同接口 Shop,顾客类面向该接口编程,其类图如下。
单一职责原则
单一职责原则(Single Responsibility Principle,SRP)又称单一功能原则, 由罗伯特·C.马丁(Robert C. Martin)于《敏捷软件开发:原则、模式和实践》一书中 提出的。这里的职责是指类变化的原因,单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它 变化的原因,否则类应该被拆分(There should never be more than one reason for a class to change)。
单一职责同样也适用于方法。一个方法应该尽可能做好一件事情。如果一个方法处理的事情太多,其颗粒度会变得很粗,不利于重用。
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【例1】大学学生工作管理程序。
分析:大学学生工作主要包括学生生活辅导和学生学业指导两个方面的工作,其中生活辅导主要包括班委建设、出勤统计、心理辅导、费用催缴、班级管理等工作,学业指导主要包括专业引导、学习辅导、科研指导、学习总结等工作。如果将这些工作交给一位老师负责显然不合理,正确的做 法是生活辅导由辅导员负责,学业指导由学业导师负责,其类图如下。
接口隔离原则
接口隔离原则(Interface Segregation Principle,ISP)。
2002 年罗伯特·C.马丁给“接口隔离原则”的定义是:客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法(Clients should not be forced to depend on methods they do not use)。 该原则还有另外一个定义:一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上(The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface)。
接口隔离原则和单一职责都是为了提高类的内聚性、降低它们之间的耦合性,体现了封装的思想,但两者是不同的: 单一职责原则注重的是职责,而接口隔离原则注重的是对接口依赖的隔离。 单一职责原则主要是约束类,它针对的是程序中的实现和细节;接口隔离原则主要约束接口,主要针对抽象和程序整体框架的构建。
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【例1】学生成绩管理程序。
分析:学生成绩管理程序一般包含插入成绩、删除成绩、修改成绩、计算总分、计算均分、打印成绩信息、査询成绩信息等功能,如果将这些功能全部放到一个接口中显然不太合理,正确的做法是将它们分别放在输入模块、统计模块和打印模块等 3 个模块中,其类图如下。
迪米特法则
迪米特法则(Law of Demeter,LoD)又叫作最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP), 产生于 1987 年美国东北大学(Northeastern University)的一个名为迪米特(Demeter)的研究项目, 由伊恩·荷兰(Ian Holland)提出,被 UML 创始者之一的布奇(Booch)普及,后来又因为在经典著作《程序员修炼之道》(The Pragmatic Programmer)提及而广为人知。
迪米特法则的定义是:只与你的直接朋友交谈,不跟“陌生人”说话(Talk only to your immediate friends and not to strangers)。 其含义是:如果两个软件实体无须直接通信,那么就不应当发生直接的相互调用,可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度,提高模块的相对独立性。
迪米特法则中的“朋友”是指:当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等, 这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系,可以直接访问这些对象的方法。
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【例1】明星与经纪人的关系实例。
分析:明星由于全身心投入艺术,所以许多日常事务由经纪人负责处理,如与粉丝的见面会,与媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友,而粉丝和媒体公司是陌生人,所以适合使用迪米特法则,其类图如下。
合成复用原则
合成复用原则(Composite Reuse Principle,CRP)又叫组合/聚合复用原则(Composition/Aggregate Reuse Principle,CARP)。 它要求在软件复用时,要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现,其次才考虑使用继承关系来实现。
如果要使用继承关系,则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的,两者都是开闭原则的具体实现规范。
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【例1】汽车分类管理程序。
分析:汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等;按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类,其组合就很多。用继承关系实现会产生很多子类,而且增加新的“动力源”或者增加新的“颜色”都要修改源代码,这违背了开闭原则,显然不可取。但如果改用组合关系实现就能很好地解决以上问题,其类图如下。