面向對象設計原則

這幾天重新看了一遍《大話設計模式》,發現果然有不同的感悟,而且自己也上網找了《敏捷軟件開發—原則、模式與實踐》一書來看,那本書的序言中有一段話我覺得很有道理:“美的東西比醜的東西創建起來更廉價,也更快捷。”設計一個軟件不關要追求代碼的優雅問題,更關乎生產成本等。技術大師們在對軟件架構的研究中經歷了很長時間的摸索,從面向過程到面向對象,從設計原則到設計模式,總結了許多設計上的經典法則,而我們就只是站在巨人的肩膀上眺望遠方而已。

  從《大話設計模式》中,大家一定會發現其中的經典的23個模式背後,其實都遵循着一些基本的原則的。而設計原則又由設計模式來實現,這就是二者相輔相成的關係,所以瞭解原則對於瞭解模式具有絕對的指導意義。以下是我在閱讀過程中的一些學習筆記,自以爲有一定道理。

  最基本的設計原則有5條,分別是:單一職責原則、開放封閉原則、依賴倒置原則、接口隔離原則和Liskov替換原則。

  單一職責原則

  對於單一職責原則,其核心思想爲:一個類,最好只做一件事,只有一個引起它的變化。單一職責原則可以看做是低耦合、高內聚在面向對象原則上的引申,將職責定義爲引起變化的原因,以提高內聚性來減少引起變化的原因。職責過多,可能引起它變化的原因就越多,這將導致職責依賴,相互之間就產生影響,從而大大損傷其內聚性和耦合度。通常意義下的單一職責,就是指只有一種單一功能,不要爲類實現過多的功能點,以保證實體只有一個引起它變化的原因。

  專注,是一個人優良的品質;同樣的,單一也是一個類的優良設計。交雜不清的職責將使得代碼看起來特別彆扭牽一髮而動全身,有失美感和必然導致醜陋的系統錯誤風險。

  開放封閉原則

  對於開放封閉原則,它是面向對象所有原則的核心,軟件設計說到底追求的目標就是封裝變化、降低耦合,而開放封閉原則就是這一目標的最直接體現。

開放封閉原則,其核心思想是:軟件實體應該是可擴展的,而不可修改的。也就是,對擴展開放,對修改封閉的。

  因此,開放封閉原則主要體現在兩個方面:1、對擴展開放,意味着有新的需求或變化時,可以對現有代碼進行擴展,以適應新的情況。2、對修改封閉,意味着類一旦設計完成,就可以獨立完成其工作,而不要對其進行任何嘗試的修改。

  實現開開放封閉原則的核心思想就是對抽象編程,而不對具體編程,因爲抽象相對穩定。讓類依賴於固定的抽象,所以修改就是封閉的;而通過面向對象的繼承和多態機制,又可以實現對抽象類的繼承,通過覆寫其方法來改變固有行爲,實現新的拓展方法,所以就是開放的。

  “需求總是變化”沒有不變的軟件,所以就需要用封閉開放原則來封閉變化滿足需求,同時還能保持軟件內部的封裝體系穩定,不被需求的變化影響。

  依賴倒置原則

  對於依賴倒置原則,其核心思想是:依賴於抽象。具體而言就是高層模塊不依賴於底層模塊,二者都同依賴於抽象;抽象不依賴於具體,具體依賴於抽象。

  我們知道,依賴一定會存在於類與類、模塊與模塊之間。當兩個模塊之間存在緊密的耦合關係時,最好的方法就是分離接口和實現:在依賴之間定義一個抽象的接口使得高層模塊調用接口,而底層模塊實現接口的定義,以此來有效控制耦合關係,達到依賴於抽象的設計目標。

  抽象的穩定性決定了系統的穩定性,因爲抽象是不變的,依賴於抽象是面向對象設計的精髓,也是依賴倒置原則的核心。

  依賴於抽象是一個通用的原則,而某些時候依賴於細節則是在所難免的,必須權衡在抽象和具體之間的取捨,方法不是一層不變的。依賴於抽象,就是對接口編程,不要對實現編程。

  接口隔離原則

  對於接口隔離原則,其核心思想是:使用多個小的專門的接口,而不要使用一個大的總接口。

  具體而言,接口隔離原則體現在:接口應該是內聚的,應該避免“胖”接口。一個類對另外一個類的依賴應該建立在最小的接口上,不要強迫依賴不用的方法,這是一種接口污染。

  接口有效地將細節和抽象隔離,體現了對抽象編程的一切好處,接口隔離強調接口的單一性。而胖接口存在明顯的弊端,會導致實現的類型必須完全實現接口的所有方法、屬性等;而某些時候,實現類型並非需要所有的接口定義,在設計上這是“浪費”,而且在實施上這會帶來潛在的問題,對胖接口的修改將導致一連串的客戶端程序需要修改,有時候這是一種災難。在這種情況下,將胖接口分解爲多個特點的定製化方法,使得客戶端僅僅依賴於它們的實際調用的方法,從而解除了客戶端不會依賴於它們不用的方法。

  分離的手段主要有以下兩種:1、委託分離,通過增加一個新的類型來委託客戶的請求,隔離客戶和接口的直接依賴,但是會增加系統的開銷。2、多重繼承分離,通過接口多繼承來實現客戶的需求,這種方式是較好的。

  Liskov替換原則

  對於Liskov替換原則,其核心思想是:子類必須能夠替換其基類。這一思想體現爲對繼承機制的約束規範,只有子類能夠替換基類時,才能保證系統在運行期內識別子類,這是保證繼承複用的基礎。在父類和子類的具體行爲中,必須嚴格把握繼承層次中的關係和特徵,將基類替換爲子類,程序的行爲不會發生任何變化。同時,這一約束反過來則是不成立的,子類可以替換基類,但是基類不一定能替換子類。

  Liskov替換原則,主要着眼於對抽象和多態建立在繼承的基礎上,因此只有遵循了Liskov替換原則,才能保證繼承複用是可靠地。實現的方法是面向接口編程:將公共部分抽象爲基類接口或抽象類,通過Extract Abstract Class,在子類中通過覆寫父類的方法實現新的方式支持同樣的職責。

  Liskov替換原則是關於繼承機制的設計原則,違反了Liskov替換原則就必然導致違反開放封閉原則。

  Liskov替換原則能夠保證系統具有良好的拓展性,同時實現基於多態的抽象機制,能夠減少代碼冗餘,避免運行期的類型判別。

  以上就是5個基本的設計原則,它們就像面向對象程序設計中的金科玉律,遵守它們可以使我們的代碼更加鮮活,易於複用,易於拓展,靈活優雅。不同的設計模式對應不同的需求,而設計原則則代表永恆的靈魂,需要在實踐中時時刻刻地遵守。就如ARTHUR J.RIEL在那邊《OOD啓示錄》中所說的:“你並不必嚴格遵守這些原則,違背它們也不會被處以宗教刑罰。但你應當把這些原則看做警鈴,若違背了其中的一條,那麼警鈴就會響起。”

  請記住這些技術大師的名字和作品,並深入研習其中的招式和經驗,正是他們讓面向對象程序設計變得如此光彩奪目,沿着這些智慧的道路一直走下去,我覺得,我們會不僅僅提高了技術,還會發現設計以外的東西,因爲OOP還蘊含着人生的很多智慧。

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