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面向对象设计原则

程序员文章站 2022-07-13 21:57:38
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1、单一职责原则

就一个类而言,应该仅有一个引起它变化的原因

类只因一个原因而变化,这仿佛是一种新的类定义方式。当接触面向对象编程时,试图把一个类对比为一个事物,事物具备的功能都是这个类的操作。比如,一根尺子,既可以用来打学生手板,也可以用来丈量布匹。而在单一职责原理下,尺子的两个功能就是引起这个类变化的两个原因,就应该写成两个类。

如果混在一起写,在修改一个职责的时候,可能会影响到另一个职责。当另一个类只使用其中一个职责的时候,另一不会用到的职责会消耗掉更多的资源。

面向对象设计原则

举个Bob大叔给的例子,电话的interface有3个。其中dial和hangup是负责语音通信的,而chat是负责数据业务的。应该把这两个可能单独存在的职责分开。如果一个电话同时具备两个职责,可以让它实现两个接口。

面向对象设计原则

联想到TDD,TDD总是从需求着手,为一条需求写测试代码,然后写产品代码。一条需求可以理解为一个变化,这样极大促成了第一个写出来的类是符合单一职责原则。能较为有效的避免产生多职责类。

单一职责原则的好处: 
● 类的复杂性降低,实现什么职责都有清晰明确的定义;
● 可读性提高,复杂性降低,那当然可读性提高了; 
● 可维护性提高,可读性提高,那当然更容易维护了; 
变更引起的风险降低,变更是必不可少的,如果接口的单一职责做得好,一个接口修改只对相应的实现类有影响,对其他的接口无影响,这对系统的扩展性、维护性都有非常大的帮助。
 
ps:接口一定要做到单一职责,类的设计尽量做到只有一个原因引起变化。
       单一职责原则提出了一个编写程序的标准,用“职责”或“变化原因”来衡量接口或类设计得是否优良,但是“职责”和“变化原因”都是不可度量的,因项目而异,因环境而异。

2、开放封闭原则OCP

定义:是说软件实体(类、模块、函数等等)应该可以扩展,但是不可修改

 开闭原则主要体现在两个方面:

1、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。

2、对修改封闭,意味着类一旦设计完成,就可以独立其工作,而不要对类做任何修改。

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设计的:  java语言

public class BankProcess
    {
        public void Deposite(){}   //存款
        public void Withdraw(){}   //取款
        public void Transfer(){}   //转账
    }

public class BankStaff
{
    private BankProcess bankpro = new BankProcess();
    public void BankHandle(Client client)
    {
         switch (client .Type)
         {
              case "deposite":      //存款
                  bankpro.Deposite();
                  break;
              case "withdraw":      //取款
                  bankpro.Withdraw();
                  break;
              case "transfer":      //转账
                  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能发现不能把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。

    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//抽象类
    {
        void Process();
    }
    public class DeposiProcess:IBankProcess//继承类
    {
        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)
            {
                case "Deposite":      //存款
                    userProc =new WithDrawUser();
                    break;
                case "WithDraw":      //取款
                    userProc =new WithDrawUser();
                    break;
                case "Transfer":      //转账
                    userProc =new WithDrawUser();
                    break;
            }
            userProc.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。 
3、依赖倒置原则

抽象不应该依赖于细节,细节应当依赖于抽象。换言之,要针对抽象(接口)编程,而不是针对实现细节编程。

  • 高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖抽象
  • 抽象不应该依赖细节
  • 细节应该依赖抽象
在Java语言中,抽象就是指接口或抽象类,两者都是不能直接被实例化的;细节就是实现类,实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节,其特点就是,可以直接被实例化,也就是可以加上一个关键字 new 产生一个对象。高层模块就是调用端,低层模块就是具体实现类。依赖倒置原则在 Java 语言中的表现就是:模块间的依赖通过抽象发生,实现类之间不发生直接的依赖关系,其依赖关系是通过接口或抽象类产生的。这又是一个将理论抽象化的实例,其实一句话就可以概括:面向接口编程,或者说是面向抽象编程,这里的抽象指的是接口或者抽象类。面向接口编程是面向对象精髓之一。

使用原则:
依赖倒置原则的本质就是通过抽象(接口或抽象类)使各个类或模块的实现彼此独立,不互相影响,实现模块间的松耦合,我们怎么在项目中使用这个规则呢?只要遵循以下的几个规则就可以:
①每个类尽量都有接口或抽象类,或者抽象类和接口两者都具备
②变量的表面类型尽量是接口或者是抽象类
③任何类都不应该从具体类派生(只要不超过两层的继承是可以忍受的)
④尽量不要复写基类的方法
⑤结合里氏替换原则使用
4、里式替换原则

定义1:所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
定义2:如果对每一个类型为S的对象o1,都有类型为T的对象o2,使得以T定义的所有程序P在所有的对象o1都代换为o2,程序P的行为没有发生变化,那么类型S是类型T的子类型。(子类型必须能够替换掉它们的父类型)
通俗点讲,只要父类能出现的地方子类就可以出现而且替换为子类也不会产生任何错误或异常,使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。但是,反过来就不行了,有子类出现的地方,父类未必就能适应。
定义中包含的四层含义:
(1).子类必须完全实现父类的方法
(2).子类可以有自己的个性
(3).覆盖或实现父类的方法时输入参数可以被放大
        如果父类的输入参数类型大于子类的输入参数类型,会出现父类存在的地方,子类未必会存在,因为一旦把子类作为参数传入,调用者很可能进入子类的方法范畴。
 
(4). 覆写或实现父类的方法时输出结果可以被缩小
      父类的一个方法的返回值是一个类型T,子类的相同方法(重载或覆写)的返回值为S,那么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。
● Interface Segregation Principle:接口隔离原则
 
接口分为两种:
实例接口(Object Interface):Java中的类也是一种接口
类接口(Class Interface): Java中经常使用Interface关键字定义的接口
隔离:建立单一接口,不要建立臃肿庞大的接口;即接口要尽量细化,同时接口中的方法要尽量少。
接口隔离原则与单一职责原则的不同:接口隔离原则与单一职责的审视角度是不相同的,单一职责要求的是类和接口职责单一,注重的是职责,这是业务逻辑上的划分,而接口隔离原则要求接口的方法尽量少。