【OOAD】面向对象设计原则概述

• 软件的可维护性和可复用性
  
  

知名软件大师Robert C.Martin认为一个可维护性(Maintainability) 较低的软件设计，一般因为以下4个缘由形成：
 过于僵硬(Rigidity)
 过于脆弱(Fragility)
 复用率低(Immobility)
 黏度太高(Viscosity)

软件工程和建模大师Peter Coad认为，一个好的系统设计应该具有以下三个性质：
 可扩展性(Extensibility)
 灵活性(Flexibility)
 可插入性(Pluggability)

软件的复用(Reuse)或重用拥有众多优势，如能够提升软件的开发效率，提升软件质量，节约开发成本，恰当的复用还能够改善系统的可维护性。
面向对象设计复用的目标在于实现支持可维护性的复用。
在面向对象的设计里面，可维护性复用都是以面向对象设计原则为基础的，这些设计原则首先都是复用的原则，遵循这些设计原则能够有效地提升系统的复用性，同时提升系统的可维护性。

面向对象设计原则和设计模式也是对系统进行合理重构的指南针，重构(Refactoring)是在不改变软件现有功能的基础上，经过调整程序代码改善软件的质量、性能，使其程序的设计模式和架构更趋合理，提升软件的扩展性和维护性。

• 面向对象设计原则简介

经常使用的面向对象设计原则包括7个，这些原则并非孤立存在的，它们相互依赖，相互补充。

• 单一职责原则

单一职责原则定义
单一职责原则（SRP），就一个类而言，应该仅有一个引发它变化的缘由。
Each class should have one and only one reason to change.

若是一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在一块儿，
一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其余职责的能力。
这种耦合会致使脆弱的设计，当变化发生时，设计会遭受到意想不到的破坏。

单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义以下：
一个对象应该只包含单一的职责，而且该职责被完整地封装在一个类中。
其英文定义为：
Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class.
另外一种定义方式以下：
就一个类而言，应该仅有一个引发它变化的缘由。
其英文定义为：
There should never be more than one reason for a class to change.

单一职责原则分析
一个类（或者大到模块，小到方法）承担的职责越多，它被复用的可能性越小，并且若是一个类承担的职责过多，就至关于将这些职责耦合在一块儿，当其中一个职责变化时，可能会影响其余职责的运做。
类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责经过其属性来体现，而行为职责经过其方法来体现。
单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在不少代码重构手法中都能找到它的存在，它是最简单但又最难运用的原则，须要设计人员发现类的不一样职责并将其分离，而发现类的多重职责须要设计人员具备较强的分析设计能力和相关重构经验。

手机职责过多吗？
吃西餐：刀叉，分工很明晰，刀就是切割食物，叉就是固定食物或者移动食物；

• 开闭原则

开闭原则定义
对于扩展是开放的（Open for extension），
对于更改是封闭的（Closed for modification）

开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义以下：
一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。也就是说在设计一个模块的时候，应当使这个模块能够在不被修改的前提下被扩展，即实如今不修改源代码的状况下改变这个模块的行为。
其英文定义为：
Software entities should be open for extension, but closed for modification.

说的更通俗点儿，就是说咱们开发了一个软件，应该能够对它进行功能扩展（开放），而在进行这些扩展的时候，不须要对原来的程序进行修改（关闭）！

Bertrand Meyer是ETH Zurich的软件工程教授，也是Eiffel软件的首席架构师，他领导并设计了EiffelStudio环境和大量的库。他是一些畅销书的做者，其中包括得到Jolt大奖的“Object-Oriented Software Construction (Prentice Hall)”。他也由于在对象技术和Eiffel方面的工做得到了ACM软件系统大奖和Dahl-Nygaard大奖，并得到了St. Petersburg州立技术大学的荣誉博士学位。他的研究兴趣涉及面向对象技术、编程语言、软件验证（包括测试、并发和规范方法）。他也是一名活跃的顾问和讲师。

开闭原则分析
开闭原则由Bertrand Meyer于1988年提出，它是面向对象设计中最重要的原则之一。
在开闭原则的定义中，软件实体能够指一个软件模块、一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
抽象化是开闭原则的关键。
开闭原则还能够经过一个更加具体的“对可变性封装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统的可变因素并将其封装起来。

• 里氏代换原则

里氏代换原则定义
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)有两种定义方式，第一种定义方式相对严格，其定义以下：
若是对每个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2，使得以T定义的全部程序P在全部的对象o1都代换成o2时，程序P的行为没有变化，那么类型S是类型T的子类型。
其英文定义为：
If for each object o1 of type S there is an object o2 of type T such that for all programs P defined in terms of T, the behavior of P is unchanged when o1 is substituted for o2 then S is a subtype of T.
第二种更容易理解的定义方式以下：
全部引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。
其英文定义为：
Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
里氏代换原则分析

里氏代换原则由2008年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士、麻省理工学院教授Barbara Liskov和卡内基.梅隆大学Jeannette Wing教授于1994年提出。其原文以下：Let q(x) be a property provable about objects x of type T. Then q(y) should be true for objects y of type S where S is a subtype of T.
里氏代换原则能够通俗表述为：在软件中若是可以使用基类对象，那么必定可以使用其子类对象。把基类都替换成它的子类，程序将不会产生任何错误和异常，反过来则不成立，若是一个软件实体使用的是一个子类的话，那么它不必定可以使用基类。
里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，因为使用基类对象的地方均可以使用子类对象，所以在程序中尽可能使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再肯定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。

芭芭拉•利斯科夫（Barbara Liskov），美国计算机科学家，2008年图灵奖得主，2004年约翰.冯诺依曼奖得主，美国工程院院士，美国艺术与科学院院士，美国计算机协会会士。现任麻省理工学院电子电气与计算机科学系教授。她是美国第一个计算机科学女博士。
周以真（Jeannette M. Wing），美国计算机科学家，卡内基.梅隆大学教授，美国国家天然基金会计算与信息科学工程部助理部长，ACM和IEEE会士。
Barbara Liskov，2008年度美国计算机学会（ACM）图灵奖（Turing Award）得到者，美国第一个得到计算机科学博士学位的女性（1968年，斯坦福大学），其创新性研究给计算机编程领域带来了巨大变革。它的提出甚至要早于OCP。不过遗憾的是，因为对这一原则的理解各不相同，通过屡次的翻译、转述，LSP成了OOD设计原则中争议最多的话题之一。其实早在1987年的OOPSLA大会上，麻省理工学院（MIT）计算机科学实验室的Liskov女士就发表了经典文章Data Abstraction and Hierarchy，其中提出了以她名字命名的Liskov替换原则（The Liskov Substitution Principle），简称LSP。该原则说明了何时该使用继承，何时不应使用以及为何。

里氏替换法包含了四层意思：
子类必须彻底的实现父类的方法；
子类能够有本身的个性；
覆盖或实现父类的方法时输入参数能够被放大；
覆盖或实现父类的方法是输出结果能够被缩小。

• 依赖倒转原则

依赖倒转原则定义
依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle, DIP)的定义以下：
高层模块不该该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。抽象不该该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
其英文定义为：
High level modules should not depend upon low level modules, both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details, details should depend upon abstractions.
另外一种表述为：
要针对接口编程，不要针对实现编程。
其英文定义为：
Program to an interface, not an implementation.
依赖倒转原则分析
依赖倒转原则是Robert C. Martin在1996年为《C++ Reporter》所写的专栏Engineering Notebook的第三篇，后来加入到他在2002年出版的经典著做《Agile Software Development, Principles, Patterns, and Practices》中。
简单来讲，依赖倒转原则就是指：代码要依赖于抽象的类，而不要依赖于具体的类；要针对接口或抽象类编程，而不是针对具体类编程。
实现开闭原则的关键是抽象化，而且从抽象化导出具体化实现，若是说开闭原则是面向对象设计的目标的话，那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。
依赖倒转原则的经常使用实现方式之一是在代码中使用抽象类，而将具体类放在配置文件中。
“将抽象放进代码，将细节放进元数据”
Put Abstractions in Code, Details in Metadata
（《程序员修炼之道：从小工到专家》(The Pragmatic programmer: from journeyman to master) ）

类之间的耦合
 零耦合关系
 具体耦合关系
 抽象耦合关系
依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合，以抽象方式耦合是依赖倒转原则的关键。

依赖注入
构造注入(Constructor Injection)：经过构造函数注入实例变量。
设值注入(Setter Injection)：经过Setter方法注入实例变量。
接口注入(Interface Injection)：经过接口方法注入实例变量。

• 接口隔离原则

接口隔离原则定义
接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP)的定义以下：
客户端不该该依赖那些它不须要的接口。
其英文定义为：
Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use.
注意，在该定义中的接口指的是所定义的方法。
另外一种定义方法以下：
一旦一个接口太大，则须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便可。
其英文定义为：
Once an interface has gotten too 'fat' it needs to be split into smaller and more specific interfaces so that any clients of the interface will only know about the methods that pertain to them.
接口隔离原则分析
Robert C. Martin在1996年提出
接口隔离原则是指使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口。每个接口应该承担一种相对独立的角色，很少很多，不干不应干的事，该干的事都要干。
(1) 一个接口就只表明一个角色，每一个角色都有它特定的一个接口，此时这个原则能够叫作“角色隔离原则”。
(2) 接口仅仅提供客户端须要的行为，即所需的方法，客户端不须要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽量小的单独的接口，而不要提供大的总接口。

• 合成复用原则

合成复用原则定义
合成复用原则(Composite Reuse Principle, CRP)又称为组合/聚合复用原则(Composition/ Aggregate Reuse Principle, CARP)，其定义以下：
尽可能使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。
其英文定义为：
Favor composition of objects over inheritance as a reuse mechanism.
合成复用原则分析
合成复用原则就是指在一个新的对象里经过关联关系（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；新对象经过委派调用已有对象的方法达到复用其已有功能的目的。简言之：要尽可能使用组合/聚合关系，少用继承。
在面向对象设计中，能够经过两种基本方法在不一样的环境中复用已有的设计和实现，即经过组合/聚合关系或经过继承。
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 ）
组合/聚合复用：耦合度相对较低，选择性地调用成员对象的操做；能够在运行时动态进行。（“黑箱”复用 ）

组合/聚合可使系统更加灵活，类与类之间的耦合度下降，一个类的变化对其余类形成的影响相对较少，所以通常首选使用组合/聚合来实现复用；其次才考虑继承，在使用继承时，须要严格遵循里氏代换原则，有效使用继承会有助于对问题的理解，下降复杂度，而滥用继承反而会增长系统构建和维护的难度以及系统的复杂度，所以须要慎重使用继承复用。

• 迪米特法则

迪米特法则定义
一个软件实体应当尽量少的与其余实体发生相互做用
迪米特法则(Law of Demeter, LoD)又称为最少知识原则(Least Knowledge Principle, LKP)，它有多种定义方法，其中几种典型定义以下：
(1) 不要和“陌生人”说话。英文定义为：Don't talk to strangers.
(2) 只与你的直接朋友通讯。英文定义为：Talk only to your immediate friends.
(3) 每个软件单位对其余的单位都只有最少的知识，并且局限于那些与本单位密切相关的软件单位。英文定义为：Each unit should have only limited knowledge about other units: only units "closely" related to the current unit.
迪米特法则分析
迪米特法则来自于1987年秋美国东北大学(Northeastern University)一个名为“Demeter”的研究项目。
简单地说，迪米特法则就是指一个软件实体应当尽量少的与其余实体发生相互做用。这样，当一个模块修改时，就会尽可能少的影响其余的模块，扩展会相对容易，这是对软件实体之间通讯的限制，它要求限制软件实体之间通讯的宽度和深度。

在迪米特法则中，对于一个对象，其朋友包括如下几类：
(1) 当前对象自己(this)；
(2) 以参数形式传入到当前对象方法中的对象；
(3) 当前对象的成员对象；
(4) 若是当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友；
(5) 当前对象所建立的对象。
任何一个对象，若是知足上面的条件之一，就是当前对象的“朋友”，不然就是“陌生人”。

迪米特法则可分为狭义法则和广义法则。在狭义的迪米特法则中，若是两个类之间没必要彼此直接通讯，那么这两个类就不该当发生直接的相互做用，若是其中的一个类须要调用另外一个类的某一个方法的话，能够经过第三者转发这个调用。

狭义的迪米特法则：能够下降类之间的耦合，可是会在系统中增长大量的小方法并散落在系统的各个角落，它可使一个系统的局部设计简化，由于每个局部都不会和远距离的对象有直接的关联，可是也会形成系统的不一样模块之间的通讯效率下降，使得系统的不一样模块之间不容易协调。
广义的迪米特法则：指对对象之间的信息流量、流向以及信息的影响的控制，主要是对信息隐藏的控制。信息的隐藏可使各个子系统之间脱耦，从而容许它们独立地被开发、优化、使用和修改，同时能够促进软件的复用，因为每个模块都不依赖于其余模块而存在，所以每个模块均可以独立地在其余的地方使用。一个系统的规模越大，信息的隐藏就越重要，而信息隐藏的重要性也就越明显。

迪米特法则的主要用途在于控制信息的过载：
在类的划分上，应当尽可能建立松耦合的类，类之间的耦合度越低，就越有利于复用，一个处在松耦合中的类一旦被修改，不会对关联的类形成太大波及；
在类的结构设计上，每个类都应当尽可能下降其成员变量和成员函数的访问权限；
在类的设计上，只要有可能，一个类型应当设计成不变类；
在对其余类的引用上，一个对象对其余对象的引用应当降到最低。

迪米特法则实例
实例说明
某系统界面类(如Form一、Form2等类)与数据访问类(如DAO一、DAO2等类)之间的调用关系较为复杂，如图所示：