面向对象设计的七大原则

程序员文章站 2022-06-28 19:16:43

面向对象设计的七大原则今天我们要谈的原则有七大原则，即：单一职责，里氏替换，迪米特法则，依赖倒转，接口隔离，合成/聚合原则，开放-封闭。 1. 开闭原则(Open-Closed Principle, OCP) 定义：软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。这句话说得有点专业，更通俗一点讲，也就是：软 ......

今天我们要谈的原则有七大原则，即：单一职责，里氏替换，迪米特法则，依赖倒转，接口隔离，合成/聚合原则，开放-封闭。

1. 开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)

定义：软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。这句话说得有点专业，更通俗一点讲，也就是：软件系统中包含的各种组件，例如模块（Modules）、类（Classes）以及功能（Functions）等等，应该在不修改现有代码的基础上，去扩展新功能。开闭原则中原有“开”，是指对于组件功能的扩展是开放的，是允许对其进行功能扩展的；开闭原则中“闭”，是指对于代码的修改是封闭的，即不应该修改原有的代码。

问题由来：凡事的产生都有缘由。我们来看看，开闭原则的产生缘由。在软件的生命周期内，因为变化、升级和维护等原因需要对软件原有代码进行修改时，可能会给旧代码中引入错误，也可能会使我们不得不对整个功能进行重构，并且需要原有代码经过重新测试。这就对我们的整个系统的影响特别大，这也充分展现出了系统的耦合性如果太高，会大大的增加后期的扩展，维护。为了解决这个问题，故人们总结出了开闭原则。解决开闭原则的根本其实还是在解耦合。所以，我们面向对象的开发，我们最根本的任务就是解耦合。

解决方法：当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。

小结：开闭原则具有理想主义的色彩，说的很抽象，它是面向对象设计的终极目标。其他几条原则，则可以看做是开闭原则的实现。我们要用抽象构建框架，用实现扩展细节。

2. 单一职责原则（Single Responsibility Principle）

定义：一个类，只有一个引起它变化的原因。即：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。需要说明的一点是单一职责原则不只是面向对象编程思想所特有的，只要是模块化的程序设计，都需要遵循这一重要原则。

问题由来：类T负责两个不同的职责：职责P1，职责P2。当由于职责P1需求发生改变而需要修改类T时，有可能会导致原本运行正常的职责P2功能发生故障。

解决方法：分别建立两个类T1、T2，使T1完成职责P1功能，T2完成职责P2功能。这样，当修改类T1时，不会使职责P2发生故障风险；同理，当修改T2时，也不会使职责P1发生故障风险。

3. 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）

定义：子类型必须能够替换掉它们的父类型。注意这里的能够两字。有人也戏称老鼠的儿子会打洞原则。

问题由来：有一功能P1，由类A完成。现需要将功能P1进行扩展，扩展后的功能为P，其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成，则子类B在完成新功能P2的同时，有可能会导致原有功能P1发生故障。

解决方法：类B继承类A时，除添加新的方法完成新增功能P2外，尽量不要重写父类A的方法，也尽量不要重载父类A的方法

小结：所有引用父类的地方必须能透明地使用其子类的对象。子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能，即：子类可以实现父类的抽象方法，子类也中可以增加自己特有的方法，但不能覆盖父类的非抽象方法。当子类的方法重载父类的方法时，方法的前置条件（即方法的形参）要比父类方法的输入参数更宽松。当子类的方法实现父类的抽象方法时，方法的后置条件（即方法的返回值）要比父类更严格。

4. 迪米特法则（Law Of Demeter）

定义：迪米特法则又叫最少知道原则，即：一个对象应该对其他对象保持最少的了解。如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。简单定义为只与直接的朋友通信。首先来解释一下什么是直接的朋友：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多，依赖、关联、组合、聚合等。其中，我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。

问题由来：类与类之间的关系越密切，耦合度越大，当一个类发生改变时，对另一个类的影响也越大。

最早是在1987年由美国Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的来讲，就是一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说，对于被依赖的类来说，无论逻辑多么复杂，都尽量地的将逻辑封装在类的内部，对外除了提供的public方法，不对外泄漏任何信息。迪米特法则还有一个更简单的定义：只与直接的朋友通信。

解决方法：尽量降低类与类之间的耦合。自从我们接触编程开始，就知道了软件编程的总的原则：低耦合，高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程，只有使各个模块之间的耦合尽量的低，才能提高代码的复用率。

迪米特法则的初衷是降低类之间的耦合，由于每个类都减少了不必要的依赖，因此的确可以降低耦合关系。但是凡事都有度，虽然可以避免与非直接的类通信，但是要通信，必然会通过一个“中介”来发生联系。故过分的使用迪米特原则，会产生大量这样的中介和传递类，导致系统复杂度变大。所以在采用迪米特法则时要反复权衡，既做到结构清晰，又要高内聚低耦合。

5. 依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）

定义：高层模块不应该依赖低层模块，二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。中心思想是面向接口编程

问题由来：类A直接依赖类B，假如要将类A改为依赖类C，则必须通过修改类A的代码来达成。这种场景下，类A一般是高层模块，负责复杂的业务逻辑；类B和类C是低层模块，负责基本的原子操作；假如修改类A，会给程序带来不必要的风险。

解决方法：将类A修改为依赖接口I，类B和类C各自实现接口I，类A通过接口I间接与类B或者类C发生联系，则会大大降低修改类A的几率。

在实际编程中，我们一般需要做到如下3点：

1. 低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有。

2. 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。

3. 使用继承时遵循里氏替换原则。

采用依赖倒置原则尤其给多人合作开发带来了极大的便利，参与协作开发的人越多、项目越庞大，采用依赖导致原则的意义就越重大。

小结：依赖倒置原则就是要我们面向接口编程，理解了面向接口编程，也就理解了依赖倒置。

6. 接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

定义：客户端不应该依赖它不需要的接口；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

问题由来：类A通过接口I依赖类B，类C通过接口I依赖类D，如果接口I对于类A和类B来说不是最小接口，则类B和类D必须去实现他们不需要的方法

解决方法：1、使用委托分离接口。2、使用多重继承分离接口。3.将臃肿的接口I拆分为独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则。

举例说明：

下面我们来看张图，一切就一目了然了。

这个图的意思是：类A依赖接口I中的方法1、方法2、方法3，类B是对类A依赖的实现。类C依赖接口I中的方法1、方法4、方法5，类D是对类C依赖的实现。对于类B和类D来说，虽然他们都存在着用不到的方法（也就是图中红色字体标记的方法），但由于实现了接口I，所以也必须要实现这些用不到的方法

修改后：

如果接口过于臃肿，只要接口中出现的方法，不管对依赖于它的类有没有用处，实现类中都必须去实现这些方法，这显然不是好的设计。如果将这个设计修改为符合接口隔离原则，就必须对接口I进行拆分。在这里我们将原有的接口I拆分为三个接口

小结：我们在代码编写过程中，运用接口隔离原则，一定要适度，接口设计的过大或过小都不好。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性是不挣的事实，但是如果过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化。所以一定要适度。设计接口的时候，只有多花些时间去思考和筹划，就能准确地实践这一原则。