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面向对象的设计原则:SOLID

单一职责原则(Single Responsibility Principle,SRP)

定义

这里的职责是指类变化的原因,单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因,否则类应该被拆分

该原则提出对象不应该承担太多职责,如果一个对象承担了太多的职责,至少存在以下两个缺点:

  • 一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力;
  • 当客户端需要该对象的某一个职责时,不得不将其他不需要的职责全都包含进来,从而造成冗余代码或代码的浪费。

优点

单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。如果遵循单一职责原则将有以下优点。

  • 降低类的复杂度。一个类只负责一项职责,其逻辑肯定要比负责多项职责简单得多。
  • 提高类的可读性。复杂性降低,自然其可读性会提高。
  • 提高系统的可维护性。可读性提高,那自然更容易维护了。
  • 变更引起的风险降低。变更是必然的,如果单一职责原则遵守得好,当修改一个功能时,可以显著降低对其他功能的影响。

里氏替换原则(Liskov Substitution Principle,LSP)

定义

所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。通俗点讲,只要父类能出现的地方子类就可以出现,而且替换为子类也不会产生任何错误或异常,使用者可能根本就不需要知道是父类还是子类。但是反过来就不行了,有子类出现的地方,父类未必就能适应。

可以总结如下:

  1. 子类必须实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法
  2. 子类中可以增加自己特有的方法
  3. 当子类的方法重载父类的方法时,方法的前置条件(即方法的输入参数)要比父类的方法更宽松
  4. 当子类的方法实现父类的方法时(重写/重载或实现抽象方法),方法的后置条件(即方法的的输出/返回值)要比父类的方法更严格或相等

在类中调用其他类时务必要使用父类或接口,如果不能使用父类或接口,则说明类的设计已经违背了LSP原则。

关于里氏替换原则的例子,最有名的是“正方形不是长方形”。当然,生活中也有很多类似的例子,例如,企鹅、鸵鸟和几维鸟从生物学的角度来划分,它们属于鸟类;但从类的继承关系来看,由于它们不能继承“鸟”会飞的功能,所以它们不能定义成“鸟”的子类。同样,由于“气球鱼”不会游泳,所以不能定义成“鱼”的子类;“玩具炮”炸不了敌人,所以不能定义成“炮”的子类等。

优点

  • 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
  • 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
  • 它是动作正确性的保证。即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。
  • 加强程序的健壮性,同时变更时可以做到非常好的兼容性,提高程序的维护性、可扩展性,降低需求变更时引入的风险。

依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,DIP)

定义

依赖倒置原则的原始定义为: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。 其核心思想是:要面向接口编程(OOD),不要面向实现编程。

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。

  • 模块间的依赖通过抽象发生,实现类之间不发生直接的依赖关系,其依赖关系是通过接口或抽象类产生的;
  • 接口或抽象类不依赖于实现类;
  • 实现类依赖接口或抽象类。

优点

  • 依赖倒置原则可以降低类间的耦合性。
  • 依赖倒置原则可以提高系统的稳定性。
  • 依赖倒置原则可以减少并行开发引起的风险。
  • 依赖倒置原则可以提高代码的可读性和可维护性。

实现并行开发,解决模块之间的依赖关系。TDD(Test-Driven Development,测试驱动开发)开发模式就是依赖倒置原则的最高级应用。

实现

  • 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,也就是不要继承具体类。这种实现起来也不是很好做,尽量做到不超过两层的继承。
  • 尽量不要复写基类的方法
  • 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

对象依赖的三种传递方式

  1. 构造函数传递依赖对象
  2. Setter方法传递依赖对象
  3. 接口声明依赖对象

接口隔离原则(Interface Segregation Principle,ISP)

ISP 要求程序员尽量将臃肿庞大的接口拆分成更小的和更具体的接口,让接口中只包含客户感兴趣的方法。

关于接口,有两种接口:

  • 实例接口:Person类是person这个实例化对象的接口
  • 类接口:通过interface关键字定义的接口

定义

  • 客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法
  • 一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

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。它与单一职责的区别就是SRP是业务逻辑上的划分;ISP的原则是要求接口的方法尽可能少。

迪米特法则(Law of Demeter,LoD)

定义

LoD又叫作最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP)。它们描述都都是同一个规则:一个对象应该对其他对象有最少的了解。

通俗地讲,一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少,你(被耦合或调用的类)的内部是如何复杂都和我没关系,那是你的事情,我就知道你提供的这么多public方法,我就调用这么多,其他的我一概不关心。

优点

迪米特法则要求限制软件实体之间通信的宽度和深度,正确使用迪米特法则将有以下两个优点。

  • 降低了类之间的耦合度,提高了模块的相对独立性。
  • 由于亲合度降低,从而提高了类的可复用率和系统的扩展性。

但是,过度使用迪米特法则会使系统产生大量的中介类,从而增加系统的复杂性,使模块之间的通信效率降低。所以,在釆用迪米特法则时需要反复权衡,确保高内聚和低耦合的同时,保证系统的结构清晰。

实现

  • 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。

开闭原则(Open Closed Principle,OCP)

定义

软件实体应当对扩展开放,对修改关闭。

这里的软件实体包括以下几个部分:

  • 项目中划分出的模块
  • 类与接口
  • 方法

开闭原则的含义是:当应用的需求改变时,在不修改软件实体的源代码或者二进制代码的前提下,可以扩展模块的功能,使其满足新的需求。

优点

  1. 对软件测试的影响
    软件遵守开闭原则的话,软件测试时只需要对扩展的代码进行测试就可以了,因为原有的测试代码仍然能够正常运行。
  2. 可以提高代码的可复用性
    粒度越小,被复用的可能性就越大;在面向对象的程序设计中,根据原子和抽象编程可以提高代码的可复用性。
  3. 可以提高软件的可维护性
    遵守开闭原则的软件,其稳定性高和延续性强,从而易于扩展

实现

可以通过“抽象约束、封装变化”来实现开闭原则,即通过接口或者抽象类为软件实体定义一个相对稳定的抽象层,而将相同的可变因素封装在相同的具体实现类中。

抽象约束

  1. 通过接口或抽象类约束扩展,对扩展进行边界限定,不允许出现在接口或抽象类中不存在的public方法
  2. 参数类型、引用对象尽量使用接口或者抽象类,而不是实现类
  3. 抽象层尽量保持稳定,一旦确定即不允许修改

因为抽象灵活性好,适应性广,只要抽象的合理,可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展,当软件需要发生变化时,只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

元数据(metadata)控制模块行为

什么是元数据?用来描述环境和数据的数据,通俗地说就是配置参数,参数可以从文件中获得,也可以从数据库中获得。举个非常简单的例子,login方法中提供了这样的逻辑:先检查IP地址是否在允许访问的列表中,然后再决定是否需要到数据库中验证密码(如果采用SSH架构,则可以通过Struts的拦截器来实现),该行为就是一个典型的元数据控制模块行为的例子,其中达到极致的就是控制反转(Inversion of Control),使用最多的就是Spring容器。

一些想法

关于单一职责
像前端的组件设计,很多新手的误用“逻辑要放到父组件去处理”这种思想,导致组件设计出来十分臃肿。对于前端的树状结构来说,组件利用的是组合模式,父组件上面大概率还有它的父组件,那么父子如何去定义。总不能把所有的逻辑都往上抛吧。

实际的项目中,经常看到这样的代码。比如一个文件管理的模块,把文件相关的上传、下载、修改等等操作都放到File这个所谓的父组件去处理。这其实已经违背了单一职责原则,导致在后期的维护当中,经常会出现多人修改一个组件,导致代码频繁地冲突,时间都浪费在merge代码上面。

参考:

  1. The Single Responsibility Principle
  2. 软件设计模式概述
  3. From STUPID to SOLID Code!
  4. laravel-best-practices
  5. Learning OOP in PHP