面向对象设计原则

• 为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据 7 条原则（开闭原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、单一职责原则、接口隔离原则、迪米特原则、合成复合原则）来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

开闭原则

• 含义：当应用的需求改变时，在不修改软件实体的源代码或者二进制代码的前提下，可以扩展模块的功能，使其满足新的需求。

• 作用：使软件实体拥有一定的适应性和灵活性的同时具备稳定性和延续性。

  软件遵守开闭原则的话，软件测试时只需要对扩展的代码进行测试就可以了，因为原有的测试代码仍然能够正常运行。
  粒度越小，被复用的可能性就越大；在面向对象的程序设计中，根据原子和抽象编程可以提高代码的可复用性。
  遵守开闭原则的软件，其稳定性高和延续性强，从而易于扩展和维护。

• 实现：“抽象约束、封装变化”，即通过接口或者抽象类为软件实体定义一个相对稳定的抽象层，而将相同的可变因素封装在相同的具体实现类中。

  因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

  举例：Windows 的桌面主题设计。
  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。

里氏替换原则

• 主要阐述了有关继承的一些原则，什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。

• 内容：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。即：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

• 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。

• 例如，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“鸟”会飞的功能，所以它们不能定义成“鸟”的子类。

• 举例：几维鸟不是鸟。鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时 120 千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化无法飞行。假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行 300 千米要花费的时间。
  

  package principle;
  public class LSPtest
  {
      public static void main(String[] args)
      {
          Bird bird1=new Swallow();
          Bird bird2=new BrownKiwi();
          bird1.setSpeed(120);
          bird2.setSpeed(120);
          System.out.println("如果飞行300公里：");
          try
          {
              System.out.println("燕子将飞行"+bird1.getFlyTime(300)+"小时.");
              System.out.println("几维鸟将飞行"+bird2.getFlyTime(300)+"小时。");
          }
          catch(Exception err)
          {
              System.out.println("发生错误了!");
          }
      }
  }
  //鸟类
  class Bird
  {
      double flySpeed;
      public void setSpeed(double speed)
      {
          flySpeed=speed;
      }
      public double getFlyTime(double distance)
      {
          return(distance/flySpeed);
      }
  }
  //燕子类
  class Swallow extends Bird{}
  //几维鸟类
  class BrownKiwi extends Bird
  {
      public void setSpeed(double speed)
      {
             flySpeed=0;
      }
  }
  

  

  • 如果两个类都继承鸟类，则都有flySpeed属性和set方法，而几维鸟要重写这个方法。显然，拿燕子来测试这段代码，结果正确，能计算出所需要的时间；但拿几维鸟来测试，结果会发生“除零异常”或是“无穷大”，明显不符合预期。
  • 正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。

依赖倒置原则

• 核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。

• 由于在软件设计中，细节具有多变性，而抽象层则相对稳定，因此以抽象为基础搭建起来的架构要比以细节为基础搭建起来的架构要稳定得多。这里的抽象指的是接口或者抽象类，而细节是指具体的实现类。使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成。

• 依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了客户与实现模块之间的耦合。

• 实现方法：

  • 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
  • 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
  • 任何类都不应该从具体类派生。
  • 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

• 举例：顾客购物程序。

  如果在用户的shopping方法的参数中，传递具体的商店对象，则用户每更换一家商店都要修改参数。解决方法时定义所有具体商店的共同接口Shop，将顾客类面向该接口编程。
  

单一职责原则

• 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。
• 单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。
• 需要设计人员发现类的不同职责并将其分离，再封装到不同的类或模块中。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重构经验。

接口隔离原则

• 要求程序员尽量将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口，让接口中只包含客户感兴趣的方法。即：要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

• 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。

• 实现方法：

  • 接口尽量小，但是要有限度。一个接口只服务于一个子模块或业务逻辑。
  • 为依赖接口的类定制服务。只提供调用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。
  • 了解环境，拒绝盲从。每个项目或产品都有选定的环境因素，环境不同，接口拆分的标准就不同深入了解业务逻辑。
  • 提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

迪米特法则

• 又叫最少知识原则，定义是只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话。即：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。
• 利弊：迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度，降低了类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。但是，过度使用迪米特法则会使系统产生大量的中介类，从而增加系统的复杂性，使模块之间的通信效率降低。
• 实现方法：

  • 在类的划分上，应该创建弱耦合的类。类与类之间的耦 合越弱，就越有利于实现可复用的目标。
  • 在类的结构设计上，尽量降低类成员的访问权限。
  • 在类的设计上，优先考虑将一个类设置成不变类。
  • 在对其他类的引用上，将引用其他对象的次数降到最低。
  • 不暴露类的属性成员，而应该提供相应的访问器（set 和 get 方法）。
  • 谨慎使用序列化（Serializable）功能。

合成复用原则

• 又叫组合/聚合复用原则，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。

• 通常类的复用分为继承复用和合成复用两种，继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

  • 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
  • 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
  • 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

• 采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点:

  • 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
  • 新旧类之间的耦合度低。这种复用所需的依赖较少，新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
  • 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

• 实现方法：通过将已有的对象纳入新对象中，作为新对象的成员对象来实现的，新对象可以调用已有对象的功能，从而达到复用。

总结

• 这 7 种设计原则是软件设计模式必须尽量遵循的原则，各种原则要求的侧重点不同。其中，开闭原则是总纲，它告诉我们要对扩展开放，对修改关闭；里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系；依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程；单一职责原则告诉我们实现类要职责单一；接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一；迪米特法则告诉我们要降低耦合度；合成复用原则告诉我们要优先使用组合或者聚合关系复用，少用继承关系复用。

【原文】http://c.biancheng.net/view/1333.html