再谈设计原则—7种设计原则学习总结笔记

小鱼儿 2023-08-17 17:34 124阅读 0赞

这篇文章是对设计模式的再谈系列总结性笔记，推荐阅读C语言中文网上的《[软件设计模式概述][Link 1]》

设计的根本目的是为了解决问题,解决问题的根本前提是要了解到都有哪些问题

可靠性/健壮性/可修改性/容易理解/程序简便/可测试性/可扩展性/安全性

## 软件设计的七大原则 ##

**开闭原则(OPEN CLOSE PRINCIPLE)**：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭(Software entities should be open for extension，but closed for modification)。

目的就是保证程序的扩展性好，易于维护和升级。开闭原则被称为面向对象设计的基石，实际上，其他原则都可以看作是实现开闭原则的工具和手段。意思就是：软件对扩展应该是开放的，对修改是封闭的，通俗来说就是，开发一个软件时，应该对其进行功能扩展，而在进行这些扩展时，不需要对原来的程序进行修改(**不能去修改原有的代码，而是要扩展原有代码**，实现一个热插拔的效果)。

**单一职责原则(Single-Responsibilitiy Principle)**：一个类负责一项职责，否则类应该被拆分（There should never be more than one reason for a class to change）

不能存在多于一个导致类变更的原因。举个例子：一个人身兼数职，而这些事情相关性不大，甚至有冲突，那他就无法很好的解决这些问题职责，应该分到不同的人身上去做。

单一职责原则是实现高内聚低耦合的最好方法，没有之一。

**里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)**：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立（Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects）

继承与派生的规则：**子类可以扩展父类的功能，但是不能改变父类原有的功能**。也就是说：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。任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。确保类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低了代码出错的可能性

实现开闭原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。向上转型是Java的基础，我们经常也用到，实际上，在进行设计的时候，尽量从抽象类继承，而不是从具体类继承。同时，保证在软件系统中，把父类都替换成它的子类，程序的行为没有变化，就足够了。

LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

**依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle)**：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（High level modules shouldnot depend upon low level modules.Both should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions）。

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。

其核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。即依赖于抽象而不依赖于具体。这个是开闭原则的基础。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。写代码时用到具体类时，不与具体类交互，而与具体类的上层接口交互。**依赖倒置原则的目的是通过要面向接口的编程来降低类间的耦合性**，其需要遵从的规则：

*  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。

**接口隔离原则(Interface Segregation Principle)**： 一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上（The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface）。即：建立单一接口，不要建立庞大臃肿的接口，尽量细化接口，接口中的方法尽量少。该原则还有另外一个定义：客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法（Clients should not be forced to depend on methods they do not use）。以上两个定义的含义是：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。

这个原则的意思是：每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法，如果不然，就要将接口拆分。使用多个隔离的接口，比使用单个接口（多个接口方法集合到一个的接口）要好

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。

在具体应用接口隔离原则时，应该根据以下几个规则来衡量。

*  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||最少知道原则(Low of Demeter Principle||Least Knowledge Principle)**：只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。其含义是：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。其**目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性(**低耦合，高内聚)。

就是说：一个类对自己依赖的类知道的越少越好（黑盒模式）。也就是说无论被依赖的类多么复杂，都应该将逻辑封装在方法的内部，通过public方法提供给外部。这样当被依赖的类变化时，才能最小的影响该类。

只与直接的朋友通信(类之间只要有耦合关系，就叫朋友关系)。耦合分为依赖、关联、聚合、组合等。我们称出现为成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友。局部变量、临时变量则不是直接的朋友。我们要求陌生的类不要作为局部变量出现在类中。

在运用迪米特法则时要注意以下 6 点。

*  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

**组合||聚合||合成复用原则(Composition/Aggregation Reuse Principle(CARP) )**：尽量使用组合和聚合，少使用继承的关系来达到复用的原则。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。

**合成复用原则的重要性**

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。

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