面向对象设计的原则（10分）

“Clean Code”——《代码整合之道》

面向对象设计的七大原则

1. 单一职责原则

2. 开闭原则

3. 里氏代换原则

4. 依赖倒转原则

5. 接口隔离原则

6. 合成复用原则

7. 迪米特法则（最少知识原则）

   • 降低耦合度

面向对象设计的原则意义：

1. 提高可维护性：指软件能够被理解、改正、适应及扩展的难易程度

2. 提高可复用性：指软件能够被重复使用的难易程度

单一职责原则

单一职责原则是最简单的面向对象设计原则，用于控制类的粒度大小

不同的职责封装到不同的类中

单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针

单一职责原则实例

使用单一职责原则重构：

开闭原则

开闭原则是面向对象的可复用设计的第一块基石，是最重要的面向对象设计原则

在开闭原则的定义中，软件实体可以是一个软件模块、一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类

开闭原则是指软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展

• 抽象化是开闭原则的关键

• 相对稳定的抽象层+ 灵活的具体层

• 对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)：找到系统的可变因素并将其封装起来

里氏代换原则

如果用基类替换子类对象则会抛出：ClassCastException(类型转换错误)

• 在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象，程序将不会产生任何错误和异常，反过来则不成立。如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话，那么它不一定能够使用基类对象

• 在程序中尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确定其子类类型

依赖倒转原则

高层和低层都应该依赖抽象（接口、父类）进行编程

• 要针对接口（interface）编程，不要针对实现编程

• Program to an interface, not an implementation.

• 在程序代码中传递参数时或在关联关系中，尽量引用层次高的抽象层类，即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返回类型声明，以及数据类型的转换等

• 在程序中尽量使用抽象层进行编程，而将具体类写在配置文件中

• 针对抽象层编程，将具体类的对象通过依赖注入(Dependency Injection, DI)的方式注入到其他对象

  • 构造注入

  • 设值注入（Setter注入）

  • 接口注入

依赖倒转原则实例

原始类图：

采用依赖倒转方法之后的类图：

接口隔离原则

1. “接口”定义(1)：一个类型所提供的所有方法特征的集合。一个接口代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口$\longrightarrow$“角色隔离原则”

2. “接口”定义(2)：狭义的特定语言的接口。接口仅仅提供客户端需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口，每个接口中只包含一个客户端所需的方法$\longrightarrow$“定制服务”

广义的接口指的是API，即一组操作的集合

• 当一个接口太大时，需要将它分割成一些更细小的接口

• 使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可

• 每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不干不该干的事，该干的事都要干

接口隔离原则实例

原始类图：

使用接口隔离原则之后的类图：

合成复用原则

继承复用：类B通过继承获得类A的方法

存在的问题：

1. 但是继承复用存在继承了不需要的方法的情况，特别是存在三个及以上的继承链的情况，会继承太多不需要的方法——破坏了封装性

2. 如果类A是final类，此时不能继承类A

3. 静态关系，无法在运行时动态的改变父类，改变父类需要修改源代码——耦合度高

final修饰变量$\longrightarrow$常量

final修饰类$\longrightarrow$最终类（不可被继承）

final修饰方法$\longrightarrow$不能被子类覆盖

合成复用完美解决继承复用存在的问题：

1. 在类B中定义类A的对象，并通过类A的对象精准调用目标方法

2. 如果类A是final类，不能被继承但是可以被关联，因此可以通过1的方式调用类A的方法

3. 可以通过Adapter（适配器）实现不修改源代码（但可以增加代码）的情况下，实现对类B调用方法的修改，以此符合开闭原则

   • 
   • 
   • 以上图：通过Adapter类继承类A，并重写m1()方法，同时Adapter类关联类A1，不能够在重写的m1()方法中通过类A1的对象调用了类A中的m3()方法，因此实现了在不改变源代码的情况下完成了对类B调取方法的转换（由调用原来的类A中的m1()方法变为了调用类A1中的m3()方法）

$\textcolor{red}{在扩展时使用继承，调用已存在类的方法时使用关联}$

除了扩展的时候必用继承，其它时候尽量使用关联关系（降低耦合度）

合成复用原则又称为组合/聚合复用原则(Composition/ Aggregate Reuse Principle, CARP)

1. 继承复用：实现简单，易于扩展。破坏系统的封装性；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性；只能在有限的环境中使用。（“白箱”复用 ）

2. 组合/聚合复用：耦合度相对较低，有选择性地调用成员对象的操作；可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成员对象类型相同的其他对象。（“黑箱”复用 ）

• 合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系（包括组合关系和聚合关系）来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分

• 新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的目的

• 复用时要尽量使用组合/聚合关系（关联关系），少用继承

合成复用原则实例

原始类图：

使用合成复用原则之后的类图：

迪米特法则（最少知识原则）

迪米特法则又称为最少知识原则(Least Knowledge Principle, LKP)。引入一个中间类降低对象之间的耦合度，但是因此中间类的功能会很复杂，因此这个中间类是违反了单一职责原则的。

迪米特法则来自于1987年美国东北大学(Northeastern University)一个名为“Demeter”的研究项目

迪米特法则要求一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用

应用迪米特法则可降低系统的耦合度，使类与类之间保持松散的耦合关系

加入中间类的方式类似于QQ群的机制，降低了对象之间的耦合度

• 迪米特法则要求在设计系统时，应该尽量减少对象之间的交互

• 如果两个对象之间不必彼此直接通信，那么这两个对象就不应该发生任何直接的相互作用

• 如果其中一个对象需要调用另一个对象的方法，可以通过“第三者”转发这个调用

• 通过引入一个合理的“第三者”来降低现有对象之间的耦合度

迪米特法则实例

原始类图：

使用迪米特法则之后的类图：