面向对象设计的5个原则

原文转载自:http://www.cnblogs.com/feipeng/archive/2007/03/02/661840.html

将内容整理总结了一下，方面大家学习。

 

面向对象的3个基本要素：封装、继承、多态。

总原则：
1、Design to interfaces.
2、Favor composition over inheritance.
3、Find what varies and encapsulate it

面向对象的5个基本设计原则：

• 单一职责原则—SRP

一、SRP简介（SRP--Single-Responsibility Principle）：

就一个类而言，应该只专注于做一件事和仅有一个引起它变化的原因。

所谓职责，我们可以理解他为功能，就是设计的这个类功能应该只有一个，而不是两个或更多。也可以理解为引用变化的原因，当你发现有两个变化会要求我们修改这个类，那么你就要考虑撤分这个类了。因为职责是变化的一个轴线，当需求变化时，该变化会反映类的职责的变化。

“就像一个人身兼数职，而这些事情相互关联不大，，甚至有冲突，那他就无法很好的解决这些职责，应该分到不同的人身上去做才对。”

二、举例说明：

违反SRP原则代码:
modem接口明显具有两个职责：连接管理和数据通讯；

interface Modem
{
public void dial(string pno);
public void hangup();
public void send(char c);
public void recv();
}

如果应用程序变化影响连接函数，那么就需要重构：

interface DataChannel
{
public void send(char c);
public void recv();
}
interface Connection
{
public void dial(string pno);
public void hangup();
}

三、SRP优点：

消除耦合，减小因需求变化引起代码僵化性臭味

四、使用SRP注意点：

1、一个合理的类，应该仅有一个引起它变化的原因，即单一职责；
2、在没有变化征兆的情况下应用SRP或其他原则是不明智的；
3、在需求实际发生变化时就应该应用SRP等原则来重构代码；
4、使用测试驱动开发会迫使我们在设计出现臭味之前分离不合理代码；
5、如果测试不能迫使职责分离，僵化性和脆弱性的臭味会变得很强烈，那就应该用Facade或Proxy模式对代码重构；

• 开放封闭原则—OCP

一、OCP简介（OCP--Open-Closed Principle）：

Software entities(classes,modules,functions,etc.) should be open for extension, but closed for modification。

软件实体应当对扩展开放，对修改关闭，即软件实体应当在不修改（在.Net当中可能通过代理模式来达到这个目的）的前提下扩展。

Open for extension:当新需求出现的时候，可以通过扩展现有模型达到目的。

Close for modification:对已有的二进制代码，如dll,jar等，则不允许做任何修改。

二、OCP举例：

1、例子一

假如我们要写一个工资税类，工资税在不同国家有不同计算规则，如果我们不坚持OCP，直接写一个类封装工资税的算税方法，而每个国家对工资税的具体实现细节是不尽相同的！如果我们允许修改，即把现在系统需要的所有工资税（中国工资税、美国工资税等）都放在一个类里实现，谁也不能保证未来系统不会被卖到日本，一旦出现新的工资税，而在软件中必须要实现这种工资税，这个时候我们能做的只有找出这个类文件，在每个方法里加上日本税的实现细节并重新编译成DLL！虽然在.NET的运行环境中，我们只要将新的DLL覆盖到原有的DLL即可，并不影响现有程序的正常运行，但每次出现新情况都要找出类文件，添加新的实现细节，这个类文件不断扩大，以后维护起来就变的越来越困难，也并不满足我们以前说的单一职责原则（SRP），因为不同国家的工资税变化都会引起对这个类的改变动机！如果我们在设计这个类的时候坚持了OCP的话，把工资税的公共方法抽象出来做成一个接口，封闭修改，在客户端(使用该接口的类对象)只依赖这个接口来实现对自己所需要的工资税，以后如果系统需要增加新的工资税，只要扩展一个具体国家的工资税实现我们先前定义的接口，就可以正常使用，而不必重新修改原有类文件！

2、例子二

下面这个例子就是既不开放也不封闭的，因为Client和Server都是具体类，如果我要Client使用不同的一个Server类那就要修改Client类中所有使用Server类的地方为新的Server类。

class Client
{
Server server;
void GetMessage()
{
server.Message();
}
}

class Server
{
void Message();
}

下面为修改后符合OCP原则的实现，我们看到Server类是从ClientInterface继承的，不过ClientInterface却不叫ServerInterface，原因是我们希望对Client来说ClientInterface是固定下来的，变化的只是Server。这实际上就变成了一种策略模式(Gof Strategy）

interface ClientInterface
{
public void Message();
//Other functions
}

class Server:ClientInterface
{
public void Message();
}

class Client
{
ClientInterface ci;
public void GetMessage()
{
ci.Message();
}
public void Client(ClientInterface paramCi)
{
ci=paramCi;
}
}

//那么在主函数(或主控端)则
public static void Main()
{
ClientInterface ci = new Server();
//在上面如果有新的Server类只要替换Server()就行了．
Client client = new Client(ci);
client.GetMessage();
}

3、例子三

使用Template Method实现OCP：

public abstract class Policy
{
private int[] i ={ 1, 1234, 1234, 1234, 132 };
public bool Sort()
{
SortImp();
}
protected virtual bool SortImp()
{

}
}

class Bubbleimp : Policy
{
protected override bool SortImp()
{
//冒泡排序
}
}
class Bintreeimp : Policy
{
protected override bool SortImp()
{
//二分法排序
}
}

//主函数中实现

static void Main(string[] args)
{
//如果要使用冒泡排序，只要把下面的Bintreeimp改为Bubbleimp
Policy sort = new Bintreeimp();
sort.Sort();
}

三、OCP优点：

1、降低程序各部分之间的耦合性，使程序模块互换成为可能；
2、使软件各部分便于单元测试，通过编制与接口一致的模拟类（Mock），可以很容易地实现软件各部分的单元测试；
3、利于实现软件的模块的呼唤，软件升级时可以只部署发生变化的部分，而不会影响其它部分；

四、使用OCP注意点：

1、实现OCP原则的关键是抽象；

2、两种安全的实现开闭原则的设计模式是：Strategy pattern（策略模式），Template Methord（模版方法模式）；

3、依据开闭原则,我们尽量不要修改类,只扩展类,但在有些情况下会出现一些比较怪异的状况，这时可以采用几个类进行组合来完成；

4、将可能发生变化的部分封装成一个对象,如: 状态, 消息,,算法,数据结构等等 , 封装变化是实现"开闭原则"的一个重要手段，如经常发生变化的状态值,如温度,气压,颜色,积分,排名等等,可以将这些作为独立的属性,如果参数之间有关系,有必要进行抽象。对于行为,如果是基本不变的,则可以直接作为对象的方法,否则考虑抽象或者封装这些行为；

5、在许多方面，OCP是面向对象设计的核心所在。遵循这个原则可带来面向对象技术所声称的巨大好处（灵活性、可重用性以及可维护性）。然而，对于应用程序的每个部分都肆意地进行抽象并不是一个好主意。应该仅仅对程序中呈现出频繁变化的那部分作出抽象。拒绝不成熟的抽象和抽象本身一样重要；

分类:面向对象技术

• Liskove替换原则—LSP

一、LSP简介（LSP--Liskov Substitution Principle）：

定义：如果对于类型S的每一个对象o1，都有一个类型T的对象o2，使对于任意用类型T定义的程序P，将o2替换为o1，P的行为保持不变，则称S为T的一个子类型。

子类型必须能够替换它的基类型。LSP又称里氏替换原则。

对于这个原则，通俗一些的理解就是，父类的方法都要在子类中实现或者重写。

二、举例说明：

对于依赖倒置原则，说的是父类不能依赖子类，它们都要依赖抽象类。这种依赖是我们实现代码扩展和运行期内绑定（多态）的基础。因为一旦类的使用者依赖某个具体的类，那么对该依赖的扩展就无从谈起；而依赖某个抽象类，则只要实现了该抽象类的子类，都可以被类的使用者使用，从而实现了系统的扩展。
但是，光有依赖倒置原则，并不一定就使我们的代码真正具有良好的扩展性和运行期内绑定。请看下面的代码：

public class Animal
{
private string name;
public Animal(string name)
{
this.name = name;
}
public void Description()
{
Console.WriteLine("This is a(an) " + name);
}
}

//下面是它的子类猫类：
public class Cat : Animal
{
public Cat(string name)
{

}
public void Mew()
{
Console.WriteLine("The cat is saying like 'mew'");
}
}

//下面是它的子类狗类：
public class Dog : Animal
{
public Dog(string name)
{

}
public void Bark()
{
Console.WriteLine("The dog is saying like 'bark'");
}
}

//最后，我们来看客户端的调用：
public void DecriptionTheAnimal(Animal animal)
{
if (typeof(animal) is Cat)
{
Cat cat = (Cat)animal;
Cat.Decription();
Cat.Mew();
}
else if (typeof(animal) is Dog)
{
Dog dog = (Dog)animal;
Dog.Decription();
Dog.Bark();
}
}

通过上面的代码，我们可以看到虽然客户端的依赖是对抽象的依赖，但依然这个设计的扩展性不好，运行期绑定没有实现。
是什么原因呢？其实就是因为不满足里氏替换原则，子类如Cat有Mew()方法父类根本没有，Dog类有Bark()方法父类也没有，两个子类都不能替换父类。这样导致了系统的扩展性不好和没有实现运行期内绑定。

现在看来，一个系统或子系统要拥有良好的扩展性和实现运行期内绑定，有两个必要条件：第一是依赖倒置原则；第二是里氏替换原则。这两个原则缺一不可。

我们知道，在我们的大多数的模式中，我们都有一个共同的接口，然后子类和扩展类都去实现该接口。

下面是一段原始代码：

if(action.Equals(“add”))
{
//do add action
}
else if(action.Equals(“view”))
{
//do view action
}
else if(action.Equals(“delete”))
{
//do delete action
}
else if(action.Equals(“modify”))
{
//do modify action
}

我们首先想到的是把这些动作分离出来，就可能写出如下的代码：

public class AddAction
{
public void add()
{
//do add action
}
}
public class ViewAction
{
public void view()
{
//do view action
}
}
public class deleteAction
{
public void delete()
{
//do delete action
}
}
public class ModifyAction
{
public void modify()
{
//do modify action
}
}

我们可以看到，这样代码将各个行为独立出来，满足了单一职责原则，但这远远不够，因为它不满足依赖颠倒原则和里氏替换原则。
下面我们来看看命令模式对该问题的解决方法：

public interface Action
{
public void doAction();
}
//然后是各个实现：
public class AddAction : Action
{
public void doAction()
{
//do add action
}
}
public class ViewAction : Action
{
public void doAction()
{
//do view action
}
}
public class deleteAction : Action
{
public void doAction()
{
//do delete action
}
}
public class ModifyAction : Action
{
public void doAction()
{
//do modify action
}
}
//这样，客户端的调用大概如下：
public void execute(Action action)
{
action.doAction();
}

看，上面的客户端代码再也没有出现过typeof这样的语句，扩展性良好，也有了运行期内绑定的优点。

三、LSP优点：

1、保证系统或子系统有良好的扩展性。只有子类能够完全替换父类，才能保证系统或子系统在运行期内识别子类就可以了，因而使得系统或子系统有了良好的扩展性。
2、实现运行期内绑定，即保证了面向对象多态性的顺利进行。这节省了大量的代码重复或冗余。避免了类似instanceof这样的语句，或者getClass()这样的语句，这些语句是面向对象所忌讳的。
3、有利于实现契约式编程。契约式编程有利于系统的分析和设计，指我们在分析和设计的时候，定义好系统的接口，然后再编码的时候实现这些接口即可。在父类里定义好子类需要实现的功能，而子类只要实现这些功能即可。

四、使用LSP注意点：

1、此原则和OCP的作用有点类似，其实这些面向对象的基本原则就2条：1：面向接口编程，而不是面向实现；2：用组合而不主张用继承

2、LSP是保证OCP的重要原则
3、这些基本的原则在实现方法上也有个共同层次，就是使用中间接口层，以此来达到类对象的低偶合，也就是抽象偶合！

4、派生类的退化函数：派生类的某些函数退化（变得没有用处），Base的使用者不知道不能调用f，会导致替换违规。在派生类中存在退化函数并不总是表示违反了LSP，但是当存在这种情况时，应该引起注意。
5、从派生类抛出异常：如果在派生类的方法中添加了其基类不会抛出的异常。如果基类的使用者不期望这些异常，那么把他们添加到派生类的方法中就可以能会导致不可替换性。

• 依赖倒置原则—DIP

一、DIP简介（DIP--Dependency Inversion Principle）：

1、高层模块不应该依赖于低层模块,二者都应该依赖于抽象。
2、抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

高层模块包含了一个应该程序中的重要的策略选择和业务模型，正是这些高层模块才使得其所有的应用程序区别于其他，如果高层依赖于低层,那么对低层模块的改动就会直接影响到高层模块,从而迫使它们依次做出改动。

二、举例说明：

反面例子：

缺点：耦合太紧密，Light发生变化将影响ToggleSwitch。

解决办法一：
将Light作成Abstract，然后具体类继承自Light。

优点：ToggleSwitch依赖于抽象类Light，具有更高的稳定性，而BulbLight与TubeLight继承自Light，可以根据"开放－封闭"原则进行扩展。只要Light不发生变化，BulbLight与TubeLight的变化就不会波及ToggleSwitch。

缺点：如果用ToggleSwitch控制一台电视就很困难了。总不能让TV继承自Light吧。

解决方法二：

优点：更为通用、更为稳定。

三、DIP优点：

使用传统过程化程序设计所创建的依赖关系，策略依赖于细节，这是糟糕的，因为策略受到细节改变的影响。依赖倒置原则使细节和策略都依赖于抽象，抽象的稳定性决定了系统的稳定性。

四、启发式规则:

1、任何变量都不应该持有一个指向具体类的指针或者引用
2、任何类都不应该从具体类派生(始于抽象,来自具体)
3、任何方法都不应该覆写它的任何基类中的已经实现了的方法

• 接口隔离原则—ISP

一、ISP简介（ISP--Interface Segregation Principle）：

使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好。
一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小的接口上的。
一个接口代表一个角色，不应当将不同的角色都交给一个接口。没有关系的接口合并在一起，形成一个臃肿的大接口，这是对角色和接口的污染。

“不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。接口属于客户，不属于它所在的类层次结构。”这个说得很明白了，再通俗点说，不要强迫客户使用它们不用的方法，如果强迫用户使用它们不使用的方法，那么这些客户就会面临由于这些不使用的方法的改变所带来的改变。

二、举例说明：

参考下图的设计，在这个设计里，取款、存款、转帐都使用一个通用界面接口，也就是说，每一个类都被强迫依赖了另两个类的接口方法，那么每个类有可能因为另外两个类的方法(跟自己无关)而被影响。拿取款来说，它根本不关心“存款操作”和“转帐操作”，可是它却要受到这两个方法的变化的影响。

那么我们该如何解决这个问题呢？参考下图的设计，为每个类都单独设计专门的操作接口，使得它们只依赖于它们关系的方法，这样就不会互相影了！

三、实现方法：
1、使用委托分离接口
2、使用多重继承分离接口