面向對象設計介紹和代碼示例

面向對象設計（Object-Oriented Design, OOD）是一種軟件設計範式，它使用對象來表示數據和方法。面向對象設計原則是指導軟件開發的一系列最佳實踐，旨在提高代碼的可維護性、可擴展性和可重用性。以下是幾個核心的面向對象設計原則，以及它們的解釋、應用場景和代碼示例：

1. 單一職責原則（Single Responsibility Principle, SRP）

• 解釋：一個類應該只有一個引起它變化的原因，即一個類只負責一項職責。
• 應用場景：例如，一個處理用戶登錄的類不應該同時負責處理用戶註冊。
• 代碼示例

public class UserLoginService
{
    public void Login(string username, string password)
    {
        // 用戶登錄邏輯
    }
}

2. 開放-封閉原則（Open-Closed Principle, OCP）

• 解釋：軟件實體應當對擴展開放，對修改封閉。這意味着設計時應當使軟件模塊易於擴展，但是不需要修改現有代碼。
• 應用場景：當需要添加新的功能時，可以通過繼承或組合現有類來實現，而不是修改現有類。
• 代碼示例

public abstract class PaymentMethod
{
    public abstract void Pay(decimal amount);
}

public class CreditCardPayment : PaymentMethod
{
    public override void Pay(decimal amount)
    {
        // 信用卡支付邏輯
    }
}

// 無需修改PaymentMethod，即可擴展新的支付方式
public class PayPalPayment : PaymentMethod
{
    public override void Pay(decimal amount)
    {
        // PayPal支付邏輯
    }
}

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

• 解釋：子類型必須能夠替換掉它們的父類型。
• 應用場景：在多態的使用中，基類可以被子類替換，而不影響程序的行爲。
• 代碼示例：

public class Bird
{
    public virtual void Fly()
    {
        // 飛行邏輯
    }
}

// 錯誤的繼承示例，因爲企鵝不能飛，違反了LSP
public class Penguin : Bird
{
    public override void Fly()
    {
        throw new NotImplementedException("Penguin can't fly");
    }
}

4. 依賴倒置原則（Dependency Inversion Principle, DIP）

• 解釋：高層模塊不應依賴於低層模塊，兩者都應該依賴於抽象；抽象不應依賴於細節，細節應依賴於抽象。
• 應用場景：在設計系統時，應該依賴於接口或者抽象類，而不是具體實現。
• 代碼示例：

public interface IShape
{
    double Area();
}

public class Circle : IShape
{
    public double Area()
    {
        // 計算圓形面積
        const double pi = Math.PI;
        return pi * radius * radius;
    }

    private readonly double radius;
    public Circle(double radius) => this.radius = radius;
}

public class ShapeCalculator
{
    public double CalculateArea(IShape shape)
    {
        return shape.Area();
    }
}

5. 接口隔離原則（Interface Segregation Principle, ISP）

• 解釋：客戶端不應該依賴它不需要的接口；一個類對另一個類的依賴應該建立在最小的接口上。
• 應用場景：設計接口時，應該儘量細化，避免創建過於寬泛的接口。
• 代碼示例

public interface IMediaPlayer
{
    void Play();
    void Stop();
}

public interface IAudioPlayer : IMediaPlayer
{
    void Pause();
}

// 客戶端可以根據需要實現具體的接口
public class MediaClient
{
    public void UseMediaPlayer(IMediaPlayer player)
    {
        player.Play();
        // ... 使用播放器的其他功能
        player.Stop();
    }
}

6. 迪米特法則（Law of Demeter, LoD）

• 解釋：一個對象應該對其他對象有最少的瞭解，只與它的直接朋友通信，不與“朋友的朋友”通信。
• 應用場景：減少對象之間的耦合，提高模塊的獨立性。
• 代碼示例：

public class Department
{
    private Employee[] employees;

    public Department(Employee[] employees)
    {
        this.employees = employees;
    }

    public void DoWork()
    {
        foreach (var emp in employees)
        {
            emp.Work();
        }
    }
}

public class Employee
{
    public void Work()
    {
        // 工作邏輯
    }
}

 

周國慶

20240421