面向对象设计（Object-Oriented Design，OOD）

前言

OOD简介

Shubho:亲爱的，让咱们开始学习OOD吧。你了解面向对象原则吗？

Farhana:你是说封装，继承，多态对吗？我知道的。

Shubho:好，我但愿你已了解如何使用类和对象。今天咱们学习OOD。

Farhana:等一下。面向对象原则对面向对象编程(OOP)来讲不够吗？个人意思是我会定义类，并封装属性和方法。我也能根据类的关系定义它们之间的层次。若是是，那么还有什么？

Shubho:问得好。面向对象原则和OOD其实是两个不一样的方面。让我给你举个实际生活中的例子帮你弄明白。

　　　　 再你小时候你首先学会字母表，对吗？

Farhana:嗯

Shubho:好。你也学了单词，并学会如何根据字母表造词。后来你学会了一些造句的语法。例如时态，介词，连词和其余一些让你能造出语法正确的句子。例如：

　　"I" (代词) "want" (动词) "to" (介词) "learn" (动词) "OOD"(名词)。

看，你按照某些规则组合了单词，而且你选择了有某些意义的正确的单词结束了句子。

Farhana:OK，这意味着什么呢？

Shubho:面向对象原则与这相似。OOP指的是面向对象编程的基本原则和核心思路。在这里，OOP能够比做英语基础语法，这些语法教你如何用单词构造有意义且正确的句子，OOP教你在代 码中构造类，并在类里封装属性和方法，同时构造他们之间的层次关系。

Farhana:嗯..我有点感受了，这里有OOD吗？

Shubho:立刻就有答案。如今假定你须要就某些主题写几篇文章或随笔。你也但愿就几个你擅长主体写基本书。对写好文章/随笔或书来讲，知道如何造句是不够的，对吗？为了使读者能更轻   松的明白你讲的内容，你须要写更多的内容，学习以更好的方式解释它。

Farhana:看起来有点意思...继续。

Shubho:如今，若是你想就某个主题写一本书，如学习OOD，你知道如何把一个主题分为几个子主题。你须要为这些题目写几章内容，也须要在这些章节中写前言，简介，例子和其余段落。   你须要为写个总体框架，并学习一些很好的写做技巧以便读者能更容易明白你要说的内容。这就是总体规划。

　　在软件开发中，OOD是总体思路。在某种程度上，设计软件时，你的类和代码需能达到模块化，可复用，且灵活，这些很不错的指导原则不用你从新发明创造。确实有些原则你已经在你的类和对象中已经用到了，对吗？

Farhana:嗯...有个大概的印象了，但须要继续深刻。

Shubho:别担忧，你立刻就会学到。咱们继续讨论下去。

为何要OOD？

Shubho:这是一个很是重要的问题。当咱们能很快地设计一些类，完成开发并发布时，为何咱们须要关心OOD？那样子还不够吗？

Farhana:嗯，我早先并不知道OOD，我一直就是开发并发布项目。那么关键是什么？

Shubho:好的，我先给你一句名言：

　　走在结冰的河边不会湿鞋，开发需求不变的项目畅通无阻(Walking on water and developing software from a specification are easy if both are frozen)

　　-Edward V. Berard

Farhana:你的意思是软件开发说明书会不断变化？

Shubho:很是正确！软件开发惟一的真理是“软件必定会变化”。为何?

　　由于你的软件解决的是现实生活中的业务问题，而现实生活中得业务流程老是在不停的变化。

　　假设你的软件在今天工做的很好。但它能灵活的支持“变化”吗？若是不能，那么你就没有一个设计敏捷的软件。

Farhana:好，那么请解释一下“设计敏捷的软件”。

Shubho:"一个设计敏捷的软件能轻松应对变化，能被扩展，而且能被复用。"

而且应用好"面向对象设计"是作到敏捷设计的关键。那么，你何时能说你在代码中很好的应用了OOD？

Farhana:这正是个人问题。

Shubho:若是你代码能作到如下几点，那么你就正在OOD：

• 面向对象
• 复用
• 能以最小的代价知足变化
• 不用改变现有代码知足扩展

Farhana：还有？

Shubho:咱们并非孤立的。不少人在这个问题上思考了不少，也花费了很大努力，他们试图作好OOD，并为OOD指出几条基本的原则(那些灵感你能用之于你的OOD)。他们最终也确实总结出了一些通用的设计模式(基于基本的原则)。

Farhana:你能说几个吗？

Shubho:固然。这里有不少涉及原则，但最基本的是叫作SOLID的5原则(感谢Uncle Bob,伟大OOD导师)。

 

S = 单一职责原则 Single Responsibility Principle
O = 开放闭合原则 Opened Closed Principle 
L = Liscov替换原则 Liscov Substitution Principle
I = 接口隔离原则 Interface Segregation Principle
D = 依赖倒置原则 Dependency Inversion Principle

 

接下去，咱们会仔细探讨每个原则。

单一职责原则

Shubho:我先给你展现一张海报。咱们应当谢谢作这张海报的人，它很是有意思。

单一职责原则海报

它说："并非由于你能，你就应该作"。为何？由于长远来看它会带来不少管理问题。

从面向对象角度解释为："引发类变化的因素永远不要多于一个。"

或者说"一个类有且只有一个职责"。

Farhana：能解释一下吗？

Shubho:固然，这个原则是说，若是你的类有多于一个缘由会致使它变化(或者多于一个职责)，你须要一句它们的职责把这个类拆分为多个类。

Farhana:嗯...这是否是意味着在一个类里不能有多个方法？

Shubho:不。你固然能够在一个类中包含多个方法。问题是，他们都是为了一个目的。现在为何拆分是重要的？

那是由于：

• 每一个职责是轴向变化的；
• 若是类包含多个职责，代码会变得耦合；

Farhana:能给我一个例子吗？

Shubho:固然，看一下下面的类层次。固然这个例子是从Uncle Bob那里得来，再谢谢他。

违反单一职责原则的类结构图

这里，Rectangle类作了下面两件事：

• 计算矩形面积；
• 在界面上绘制矩形；

而且，有两个应用使用了Rectangle类：

• 计算几何应用程序用这个类计算面积；
• 图形程序用这个类在界面上绘制矩形；

这违反了SRP(单一职责原则);

Farhana:如何违反的？

Shubho:你看，Rectangle类作了两件事。在一个方法里它计算了面积，在另一个方法了它返回一个表示矩形的GUI。这会带来一些有趣的问题：

在计算几何应用程序中咱们必须包含GUI。也就是在开发几何应用时，咱们必须引用GUI库；

图形应用中Rectangle类的变化可能致使计算几何应用变化，编译和测试，反之亦然；

Farhana:有点意思。那么我猜咱们应该依据职责拆分这个类，对吗？

Shubho:很是对，你猜咱们应该作些什么？

Farhana:固然，我试试。下面是咱们可能要作的：

拆分职责到两个不一样的类中，如：

• Rectangle:这个类应该定义Area()方法；
• Rectangle:这个类应继承Rectangle类，并定义Draw()方法。

Shubho:很是好。在这里，Rectangle类被计算几何应用使用，而RectangleUI被图形应用使用。咱们甚至能够分离这些类到两个独立的DLL中，那会容许咱们在变化时不须要关心另外一个就能够实现它。

Farhana:谢谢，我想我明白SRP了。SRP看起来是把事物分离成分子部分，以便于能被复用和集中管理。咱们也不能把SRP用到方法级别吗？个人意思是，咱们能够写一些方法，它们包含作不少事的代码。这些方法可能违反SRP，对吗？

Shubho:你理解了。你应当分解你的方法，让每一个方法只作某一项工做。那样容许你复用方法，而且一旦出现变化，你能购以修改最少的代码知足变化。

开放闭合原则

Shubho:这里是开放闭合原则的海报

开放闭合原则海报

从面向对象设计角度看,它能够这么说:"软件实体(类,模块,函数等等)应当对扩展开放，对修改闭合。"

通俗来说，它意味着你应当能在不修改类的前提下扩展一个类的行为。就好像我不须要改变个人身体而能够穿上衣服。

Farhana:有趣。你可以按照你意愿穿上不一样的衣服来改变面貌，而从不用改造身体。你对扩展开放了，对不？

Shubho:是的。在OOD里，对扩展开发意味着类或模块的行为可以改变，在需求变化时咱们能以新的，不一样的方式让模块改变，或者在新的应用中知足需求。

Farhana:而且你的身体对修改是闭合的。我喜欢这个例子。当须要变化时，核心类或模块的源代码不该当改动。你能用些例子解释一下吗？

Shubho:固然，看下面这个例子。它不支持"开放闭合"原则。

违反开发闭合原则的类结构

你看，客户端和服务段都耦合在一块儿。那么，只要出现任何变化，服务端变化了，客户端同样须要改变。

Farhana:理解。若是一个浏览器以紧耦合的方式按照指定的服务器(好比IIS)实现，那么若是服务器由于某些缘由被其余服务器(如Apache)替换了，那么浏览器也须要修改或替换。这确实很可怕！

Shubho:对的。下面是正确的设计。

遵循开放闭合原则的类结构

在这个例子中，添加了一个抽象的服务器类，客户端包含一个抽象类的引用，具体的服务类实现了抽象服务类。那么，因任何缘由引发服务实现发生变化时，客户端都不须要任何改变。

这里抽象服务类对修改是闭合的，实体类的实现对扩展是开放的。

Farhana:我明白了，抽闲是关键，对吗？

Shubho:是的，基本上，你抽象的东西是你系统的核心内容，若是你抽象的好，极可能在扩展功能时它不须要任何修改(就像服务是一个抽象概念)。若是在实现里定义了抽象的东西(好比IIS服务器实现的服务)，代码要尽量以抽象(服务)为依据。这会容许你扩展抽象事物，定义一个新的实现(如Apache服务器)而不须要修改任何客户端代码。

Liskov's 替换原则

Shubho:"Liskov's替换原则(LSP)"听起来很难，倒是颇有用的基本概念。看下这幅有趣的海报：

Liskov替换原则海报

这个原则意思是："子类型必须可以替换它们基类型。"

或者换个说法："使用基类引用的函数必须能使用继承类的对象而没必要知道它。"

Farhana:很差意思，听起来有点困惑。我认为这个OOP的基本原则之一。也就是多态，对吗？为何一个面向对象原则须要这么说呢？

Shubho:问的好。这就是你的答案：

在基本的面向对象原则里，"继承"一般是"is a"的关系。若是"Developer" 是一个"SoftwareProfessional",那么"Developer"类应当继承"SoftwareProfessional"类。在类设计中"Is a"关系很是重要，但它容易冲昏头脑，结果使用错误的继承形成错误设计。

"Liskov替换原则"正是保证继承可以被正确使用的方法。

Farhana:我明白了。有意思。

Shubho:是的，亲爱的，确实。咱们看个例子：

Liskov替换原则类结构图

这里，KingFisher类扩展了Bird基类，并继承了Fly()方法，这看起来没问题。

如今看下面的例子：

违反Liskov替换原则类结构图

Ostrich(鸵鸟)是一种鸟(显然是),并从Bird类继承。它能飞吗？不能，这个设计就违反了LSP。

因此，即便在现实中看起来没问题，在类设计中，Ostrich不该该从Bird类继承，这里应该从Bird中分离一个不会飞的类，Ostrich应该继承与它。

Farhana:好，明白了。那么让我来试着指出为何LSP这么重要：

• 若是没有LSP，类继承就会混乱；若是子类做为一个参数传递给方法，将会出现未知行为；
• 若是没有LSP，适用与基类的单元测试将不能成功用于测试子类；

对吗？

Shubho:很是正确。你能设计对象，使用LSP作为一个检查工做来测试继承是否正确。

接口分离原则

Shubho:今天咱们学习"接口分离原则",这是海报：

接口分离原则海报

Farhana:这是什么意思？

Shubho:它的意思是："客户端不该该被迫依赖于它们不用的接口。"

Farhana:请解释一下。

Shubho:固然，这是解释：

假设你想买个电视机，你有两个选择。一个有不少开关和按钮，它们看起来很混乱，且好像对你来讲不必。另外一个只有几个开关和按钮，它们很友好，且适合你使用。假定两个电视机提供一样的功能，你会选哪个？

Farhana:固然是只有几个开关和按钮的第二个。

Shubho:对，但为何？

Farhana:由于我不须要那些看起来混乱又对我没用的开关和按钮。

 

Shubho:以便外部可以指导这些类有哪些可用的功能,客户端代码也能根据接口来设计.如今,若是接口太大,包含不少暴露的方法,在外界看来会很混乱.接口包含太多的方法也使其可用性下降,像这种包含了无用方法的"胖接口"会增长类之间的耦合.你经过接口暴露类的功能,对.一样地,假设你有一些类,

这也引发了其余问题.若是一个类想实现该接口,那么它须要实现全部的方法,尽管有些对它来讲可能彻底没用.因此说这么作会在系统中引入没必要要的复杂度,下降可维护性或鲁棒性.

接口隔离原则确保实现的接口有他们共同的职责,它们是明确的,易理解的,可复用的.

Farhana:你的意思是接口应该仅包含必要的方法,而不应包含其它的.我明白了.

Shubho:很是正确.一块儿看个例子.

下面是违反接口隔离原则的一个胖接口

 

 

注意到IBird接口包含不少鸟类的行为,包括Fly()行为.如今若是一个Bird类(如Ostrich)实现了这个接口，那么它须要实现没必要要的Fly()行为(Ostrich不会飞).

Farhana:确实如此。那么这个接口必须拆分了？

Shubho:是的。这个"胖接口"应该拆分未两个不一样的接口，IBird和IFlyingBird,IFlyingBird继承自IBird.

 

 

这里若是一种鸟不会飞(如Ostrich)，那它实现IBird接口。若是一种鸟会飞(如KingFisher)，那么它实现IFlyingBird.

Farhana:因此回头看包含了不少开关和按钮的电视机的例子，电视机制造商应该有一个电视机的图纸，开关和按钮都在这个方案里。不论任什么时候候，当他们向制造一种新款电视机时，若是他们想复用这个图纸，他们将须要在这个方案里添加更多的开关和按钮。那么他们将无法复用这个方案，对吗？

Shubho:对的。

Farhana:若是他们确实须要复用方案，它们应当把电视机的图纸份为更小部分，以便在任何须要造新款电视机的时候复用这点小部分。

Shubho:你理解了。

依赖倒置原则

Shubho:这是SOLID原则里最后一个原则。这是海报

 

 

它的意思是：高层模块不该该依赖底层模块，二者都应该依赖其抽象

Shubho:考虑一个现实中的例子。你的汽车是由不少如引擎，车轮，空调和其它等部件组成，对吗？

Farhana:是的

Shubho:好，它们没有一个是严格的构建在一个单一单元里；换句话说，它们都是可插拔的，所以当引擎或车轮出问题时，你能够修理它(而不须要修理其它部件),甚至能够换一个。

在替换时，你仅须要确保引擎或车轮符合汽车的设计(如汽车能使用任何1500CC的引擎或任何18寸的车轮)。

固然，汽车也可能容许你在1500CC引擎的地方安装一个2000CC的引擎，事实上对某些制造商(如丰田汽车)是同样的。

如今，若是你的汽车的零部件不具有可插拔性会有什么不一样？

Farhana:那会很可怕！由于若是汽车的引擎出故障了，你可能修理整部车或者须要买一个新的。

Shubho:是的，那么该如何作到"可插拔性"呢？

Farhana:这里抽象是关键，对吗？

Shubho:是的，在现实中，汽车是高级模块或实体，它依赖于低级模块或实体，如引擎或车轮。

相比直接依赖于引擎或车轮，汽车应依赖于某些抽象的有规格的引擎或车轮，以便于若是任何引擎或车轮符合抽象，那么它们都能组合到汽车中，汽车也能跑动。

一块儿看下面的类图

 

 

Shubho:注意到上面Car类有两个属性，它们都是抽象类型(接口)。引擎和车轮是可插拔的，由于汽车能接受任何实现了声明接口的对象，而且Car类不须要作任何改动。

Farhana:因此，若是代码中不用依赖倒置，咱们将面临以下风险：

• 使用低级类会破环高级代码；

• 当低级类变化时须要不少时间和代价来修改高级代码；

• 产生低复用的代码；

Shubho:你彻底掌握了，亲爱的！

 总结

Shubho：除SOLID原则外还有不少其它的面向对象原则。如：

"组合替代继承":这是说相对于继承，要更倾向于使用组合；

"笛米特法则"：这是说"你的类对其它类知道的越少越好"；

"共同封闭原则"：这是说"相关类应该打包在一块儿"；

"稳定抽象原则"：这是说"类越稳定，越应该由抽象类组成";

Farhana:我应该学习那些原则吗？

Shubho:固然能够。你能够从整个网上学习。仅仅须要Google一下那些原则，而后尝试理解它。固然若是有须要，尽管问我。

Farhana:在那些设计原则之上我据说过不少设计模式。

Shubho:对的。设计模式只是对一些常常出现的场景的一些通用设计建议。这些灵感主要来自于面向对象原则。你能够把设计模式看做"框架",把OOD原则看做"规范".

Farhana:那么接下去我将学习设计模式吗？

Shubho:是的，亲爱的。

Farhana:那会颇有意思，对吗？

Shubho:是，那确实使人兴奋。

 

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