软件设计的七大原则

软件设计原则

文章目录

• 软件设计原则

一、开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行扩展的时候，不能去修改原有的代码，想要达到这样的效果，需要使用接口和抽象类。

软件中易变的细节可以从抽象派生的实现类中进行扩展，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即可。

举例：

【例】搜狗输入法的皮肤设计

分析：皮肤是搜狗输入法（SouGouInput）的属性，用户可以根据自己的喜爱更换输入法的皮肤。这些皮肤有共同的特点，比如都由图片、输入窗口等组成。可以为其定义一个抽象类的皮肤（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin 和 HeimaSpecificSkin）是其子类。如下图所示：

如果有新的皮肤，只需要定义新的实现类即可，无需修改抽象皮肤类。

二、里氏代换原则

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：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。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，会导致整个继承体系的可复用性降低

举例：

【例】正方形属于长方形

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形，如下图所示：

RectangleDemo 类是软件系统中的一个组件，它有一个 resize 方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长直到大于长度的效果。

代码如下：

正方形（Square）：

由于正方形的长和宽相同，所以在方法 setLength 和 setWidth 中，对长度和宽度都需要赋相同值：

public class Square extends Rectangle {

    @Override
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }

    @Override
    public void setWidth(double width) {
        super.setLength(width);
        super.setWidth(width);
    }
}

RectangleDemo 类：

resize() 方法如下：

public static void resize(Rectangle rectangle) {
    while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
        rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
    }
}

运行一下这段代码就会发现，假如把一个长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度，代码就会停止，这种行为的结果符合预期。

假如把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长（正方形重写的 setWidth 方法将会使长宽一致），代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。

进行改进：

创建一个接口 Quadrilateral ，定义四边形通用的获取长宽的抽象方法，长方形和正方形分别实现这个接口，定义各自具体的设置长宽的方法，如下图：

此时，resize方法只可以计算长方形，无法计算正方形，解决了之前的问题。

三、依赖倒转原则

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。

依赖：A类依赖B类，也就是在A类中声明了B类型的成员变量。

举例：

【例】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等，类图如下：

Computer 类中直接依赖了具体的硬件：

这种方式最大的缺陷是，电脑的 cpu 只能是 Intel 的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的。

根据依赖倒转原则进行改进：

让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类，类图如下：

后期如果有不同品牌的产品，只需要实现对应的接口即可，无需修改Computer类。

四、接口隔离原则

• 一个类不应该*依赖于它不使用的方法：

• 一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上：

举例：

【例】安全门案例

有一个 HeiMa 品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：

现在如果还需要创建一个其他品牌的安全门，该安全门只具有防盗、防水功能，很显然如果实现 SafetyDoor 接口就违背了接口隔离原则，需要改进，将不同的功能提取到不同的接口，类图如下：

这样，不同的安全门，需要什么样的功能实现对应的接口即可。

五、迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。

如果两个软件实体之间无须直接通信，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：

可以理解为，只和朋友交谈，不和陌生人交谈。

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。

举例：

【例】明星与经纪人的关系实例

明星的许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和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明星的陌生人，所以适合使用迪米特法则，类图如下：

六、合成复用原则

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。

继承的缺点：

1. 继承破坏了类的封装性。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。
2. 子类与父类的耦合度高。父类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。

组合或聚合的优点：

1. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明。

举例：

【例】汽车分类管理程序

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、红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下（继承复用）：

从上面的类图可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。可以试着将继承复用改为聚合复用，如下图：

二者的对比，假设要新添加一种光能汽车类：

• 对于继承复用（添加了三个类）

  

• 对于聚合复用（仅添加了一个类）

  

七、单一职责原则

不要存在多于一个导致类变更的原因。

比如，Class 类有两个职责 a 和 b，a变更会导致类的变更，进而可能导致对职责b功能的影响；同理，b变更会导致类的变更，进而可能导致对职责a功能的影响。也就是说职责 a 和 b 都可以对类进行变更，不满足单一职责原则。

解决方案：一个类或接口只负责一项职责。

好处：降低类的复杂度，提高类的可读性、可维护性，降低变更带来的风险。

举例：

用一个类描述动物呼吸这个场景：

class Animal{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸空气");
    }
}
public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Animal animal = new Animal();
        animal.breathe("牛");
    }
}

运行结果：牛呼吸空气。

此时出现一个问题，并不是所有的动物都呼吸空气的，比如鱼就是呼吸水的。修改时如果遵循单一职责原则，需要将 Animal 类细分为陆生动物类 Terrestrial ，水生动物 Aquatic ，代码如下：

class Terrestrial{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸空气");
    }
}
class Aquatic{
    public void breathe(String animal){
        System.out.println(animal+"呼吸水");
    }
}

public class Client{
    public static void main(String[] args){
        Terrestrial terrestrial = new Terrestrial();
        terrestrial.breathe("牛");

        Aquatic aquatic = new Aquatic();
        aquatic.breathe("鱼");
    }
}

运行结果：牛呼吸空气，鱼呼吸水。

如果这样修改花销是很大的，除了将原来的类分解之外，还需要修改客户端。而直接修改类 Animal 来达成目的虽然违背了单一职责原则，但花销却小的多，代码如下：

class Animal{
    public void breathe(String animal){
        if("鱼".equals(animal)){
            System.out.println(animal+"呼吸水");
        }else{
            System.out.println(animal+"呼吸空气");
        }
    }
}

但是这种方式有一个缺点，动物类型越多，if 判断越多。

所以，是否使用单一职责原则，需要根据具体的情况来决定，比如上述，逻辑比较简单，可以违背单一职责原则。