面向對象設計的七大原則

今天我們要談的原則有七大原則，即：單一職責，里氏替換，迪米特法則，依賴倒轉，介面隔離，合成/聚合原則，開放-封閉 。

1.   開閉原則(Open-Closed Principle, OCP)

定義：軟體實體應當對擴展開放，對修改關閉。這句話說得有點專業，更通俗一點講，也就是：軟體系統中包含的各種組件，例如模塊（Modules）、類（Classes）以及功能（Functions）等等，應該在不修改現有代碼的基礎上，去擴展新功能。開閉原則中原有“開”，是指對於組件功能的擴展是開放的，是允許對其進行功能擴展的；開閉原則中“閉”，是指對於代碼的修改是封閉的，即不應該修改原有的代碼。

問題由來：凡事的產生都有緣由。我們來看看，開閉原則的產生緣由。在軟體的生命周期內，因為變化、升級和維護等原因需要對軟體原有代碼進行修改時，可能會給舊代碼中引入錯誤，也可能會使我們不得不對整個功能進行重構，並且需要原有代碼經過重新測試。這就對我們的整個系統的影響特別大，這也充分展現出了系統的耦合性如果太高，會大大的增加後期的擴展，維護。為瞭解決這個問題，故人們總結出了開閉原則。解決開閉原則的根本其實還是在解耦合。所以，我們面向對象的開發，我們最根本的任務就是解耦合。

解決方法：當軟體需要變化時，儘量通過擴展軟體實體的行為來實現變化，而不是通過修改已有的代碼來實現變化。

小結：開閉原則具有理想主義的色彩，說的很抽象，它是面向對象設計的終極目標。其他幾條原則，則可以看做是開閉原則的實現。我們要用抽象構建框架，用實現擴展細節。

2.    單一職責原則（Single Responsibility Principle） 

定義：一個類，只有一個引起它變化的原因。即：應該只有一個職責。

每一個職責都是變化的一個軸線，如果一個類有一個以上的職責，這些職責就耦合在了一起。這會導致脆弱的設計。當一個職責發生變化時，可能會影響其它的職責。另外，多個職責耦合在一起，會影響復用性。例如：要實現邏輯和界面的分離。需要說明的一點是單一職責原則不只是面向對象編程思想所特有的，只要是模塊化的程式設計，都需要遵循這一重要原則。

問題由來：類T負責兩個不同的職責：職責P1，職責P2。當由於職責P1需求發生改變而需要修改類T時，有可能會導致原本運行正常的職責P2功能發生故障。

解決方法：分別建立兩個類T1、T2，使T1完成職責P1功能，T2完成職責P2功能。這樣，當修改類T1時，不會使職責P2發生故障風險；同理，當修改T2時，也不會使職責P1發生故障風險。

3.    里氏替換原則（Liskov Substitution Principle）

定義：子類型必須能夠替換掉它們的父類型。註意這裡的能夠兩字。有人也戲稱老鼠的兒子會打洞原則。

問題由來：有一功能P1，由類A完成。現需要將功能P1進行擴展，擴展後的功能為P，其中P由原有功能P1與新功能P2組成。新功能P由類A的子類B來完成，則子類B在完成新功能P2的同時，有可能會導致原有功能P1發生故障。 

解決方法：類B繼承類A時，除添加新的方法完成新增功能P2外，儘量不要重寫父類A的方法，也儘量不要重載父類A的方法

小結：所有引用父類的地方必須能透明地使用其子類的對象。子類可以擴展父類的功能，但不能改變父類原有的功能，即：子類可以實現父類的抽象方法，子類也中可以增加自己特有的方法，但不能覆蓋父類的非抽象方法。當子類的方法重載父類的方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入參數更寬鬆。當子類的方法實現父類的抽象方法時，方法的後置條件（即方法的返回值）要比父類更嚴格。

4.    迪米特法則（Law Of Demeter）

 定義：迪米特法則又叫最少知道原則，即：一個對象應該對其他對象保持最少的瞭解。如果兩個類不必彼此直接通信，那麼這兩個類就不應當發生直接的相互作用。如果其中一個類需要調用另一個類的某一個方法的話，可以通過第三者轉發這個調用。簡單定義為只與直接的朋友通信。首先來解釋一下什麼是直接的朋友：每個對象都會與其他對象有耦合關係，只要兩個對象之間有耦合關係，我們就說這兩個對象之間是朋友關係。耦合的方式很多，依賴、關聯、組合、聚合等。其中，我們稱出現成員變數、方法參數、方法返回值中的類為直接的朋友，而出現在局部變數中的類則不是直接的朋友。也就是說，陌生的類最好不要作為局部變數的形式出現在類的內部。

問題由來：類與類之間的關係越密切，耦合度越大，當一個類發生改變時，對另一個類的影響也越大。

最早是在1987年由美國Northeastern University的Ian Holland提出。通俗的來講，就是一個類對自己依賴的類知道的越少越好。也就是說，對於被依賴的類來說，無論邏輯多麼複雜，都儘量地的將邏輯封裝在類的內部，對外除了提供的public方法，不對外泄漏任何信息。迪米特法則還有一個更簡單的定義：只與直接的朋友通信。

解決方法：儘量降低類與類之間的耦合。 自從我們接觸編程開始，就知道了軟體編程的總的原則：低耦合，高內聚。無論是面向過程編程還是面向對象編程，只有使各個模塊之間的耦合儘量的低，才能提高代碼的復用率。

迪米特法則的初衷是降低類之間的耦合，由於每個類都減少了不必要的依賴，因此的確可以降低耦合關係。但是凡事都有度，雖然可以避免與非直接的類通信，但是要通信，必然會通過一個“中介”來發生聯繫。故過分的使用迪米特原則，會產生大量這樣的中介和傳遞類，導致系統複雜度變大。所以在採用迪米特法則時要反覆權衡，既做到結構清晰，又要高內聚低耦合。

5.    依賴倒置原則（Dependence Inversion Principle）

定義：高層模塊不應該依賴低層模塊，二者都應該依賴其抽象；抽象不應該依賴細節；細節應該依賴抽象。中心思想是面向介面編程

問題由來：類A直接依賴類B，假如要將類A改為依賴類C，則必須通過修改類A的代碼來達成。這種場景下，類A一般是高層模塊，負責複雜的業務邏輯；類B和類C是低層模塊，負責基本的原子操作；假如修改類A，會給程式帶來不必要的風險。

解決方法：將類A修改為依賴介面I，類B和類C各自實現介面I，類A通過介面I間接與類B或者類C發生聯繫，則會大大降低修改類A的幾率。

在實際編程中，我們一般需要做到如下3點：

1. 低層模塊儘量都要有抽象類或介面，或者兩者都有。

2. 變數的聲明類型儘量是抽象類或介面。

3. 使用繼承時遵循里氏替換原則。

採用依賴倒置原則尤其給多人合作開髮帶來了極大的便利，參與協作開發的人越多、項目越龐大，採用依賴導致原則的意義就越重大。

小結：依賴倒置原則就是要我們面向介面編程，理解了面向介面編程，也就理解了依賴倒置。

6.    介面隔離原則（Interface Segregation Principle）

定義：客戶端不應該依賴它不需要的介面；一個類對另一個類的依賴應該建立在最小的介面上。

問題由來：類A通過介面I依賴類B，類C通過介面I依賴類D，如果介面I對於類A和類B來說不是最小介面，則類B和類D必須去實現他們不需要的方法

解決方法：1、 使用委托分離介面。2、 使用多重繼承分離介面。3.將臃腫的介面I拆分為獨立的幾個介面，類A和類C分別與他們需要的介面建立依賴關係。也就是採用介面隔離原則。

 

舉例說明：

  下麵我們來看張圖，一切就一目瞭然了。

 

 

這個圖的意思是：類A依賴介面I中的方法1、方法2、方法3，類B是對類A依賴的實現。類C依賴介面I中的方法1、方法4、方法5，類D是對類C依賴的實現。對於類B和類D來說，雖然他們都存在著用不到的方法（也就是圖中紅色字體標記的方法），但由於實現了介面I，所以也必須要實現這些用不到的方法

 

修改後：

 

如果介面過於臃腫，只要介面中出現的方法，不管對依賴於它的類有沒有用處，實現類中都必須去實現這些方法，這顯然不是好的設計。如果將這個設計修改為符合介面隔離原則，就必須對介面I進行拆分。在這裡我們將原有的介面I拆分為三個介面

 

小結：我們在代碼編寫過程中，運用介面隔離原則，一定要適度，介面設計的過大或過小都不好。對介面進行細化可以提高程式設計靈活性是不掙的事實，但是如果過小，則會造成介面數量過多，使設計複雜化。所以一定要適度。設計介面的時候，只有多花些時間去思考和籌劃，就能準確地實踐這一原則。

7.   合成/聚合原則(Composite/Aggregate Reuse Principle,CARP)

定義：也有人叫做合成復用原則，及儘量使用合成/聚合，儘量不要使用類繼承。換句話說，就是能用合成/聚合的地方，絕不用繼承。

為什麼要儘量使用合成/聚合而不使用類繼承？

1. 對象的繼承關係在編譯時就定義好了，所以無法在運行時改變從父類繼承的子類的實現

2. 子類的實現和它的父類有非常緊密的依賴關係，以至於父類實現中的任何變化必然會導致子類發生變化

3. 當你復用子類的時候，如果繼承下來的實現不適合解決新的問題，則父類必須重寫或者被其它更適合的類所替換，這種依賴關係限制了靈活性，並最終限制了復用性。

總結：這些原則在設計模式中體現的淋淋盡致，設計模式就是實現了這些原則，從而達到了代碼復用、增強了系統的擴展性。所以設計模式被很多人奉為經典。我們可以通過好好的研究設計模式，來慢慢的體會這些設計原則。