软件设计的七大原则——超详细

目录

一、开闭原则

1、开闭原则的定义

2、开闭原则的作用

3、开闭原则的实现方法

二、里氏替换原则

1、里氏替换原则的定义

2、里氏替换原则的作用

3、里氏替换原则的实现方法

三、依赖倒置原则

1、依赖倒置原则的定义

2、依赖倒置原则的作用

3、依赖倒置原则的实现方法

四、单一职责原则

1、单一职责原则的定义

2、单一职责原则的优点

3、单一职责原则的实现方法

五、接口隔离原则

1、接口隔离原则的定义

2、接口隔离原则的优点

3、接口隔离原则的实现方法

六、迪米特法则

1、迪米特法则的定义

2、迪米特法则的优点

3、迪米特法则的实现方法

七、合成复用原则

1、合成复用原则的定义

2、合成复用原则的重要性

3、合成复用原则实现的方法

设计原则是软件设计模式必须尽量遵循的原则，各种原则要求的侧重点不同。其中：

1. 开闭原则是总纲，它告诉我们要对扩展开放，对修改关闭。
2. 里氏替换原则告诉我们不要破坏继承体系。
3. 依赖倒置原则告诉我们要面向接口编程。
4. 单一职责原则告诉我们实现类要职责单一。
5. 接口隔离原则告诉我们在设计接口的时候要精简单一。
6. 迪米特法则告诉我们要降低耦合度。
7. 合成复用原则告诉我们要优先使用组合或者聚合关系复用，少用继承关系复用。

一、开闭原则

1、开闭原则的定义

开闭原则（Open Closed Principle，OCP）由勃兰特·梅耶（Bertrand Meyer）提出，他在 1988 年的著作《面向对象软件构造》（Object Oriented Software Construction）中提出：软件实体应当对扩展开放，对修改关闭（Software entities should be open for extension，but closed for modification），这就是开闭原则的经典定义。

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。

2、开闭原则的作用

开闭原则是面向对象程序设计的终极目标，它使软件实体拥有一定的适应性和灵活性的同时具备稳定性和延续性。具体来说，其作用如下。

（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，从而易于扩展和维护。

3、开闭原则的实现方法

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。// 实现方法->抽象

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。

下面以 Windows 的桌面主题为例介绍开闭原则的应用。

【例1】Windows 的桌面主题设计。

分析：Windows 的主题是桌面背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的桌面主题，也可以从 上下载新的主题。这些主题有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（Abstract Subject），而每个具体的主题（Specific Subject）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的，其类图如下图所示。

二、里氏替换原则

1、里氏替换原则的定义

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）由麻省理工学院计算机科学实验室的里斯科夫（Liskov）女士在 1987 年的“面向对象技术的高峰会议”（OOPSLA）上发表的一篇文章《数据抽象和层次》（Data Abstraction and Hierarchy）里提出来的，她提出：继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立（Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects）。

里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。里氏替换原是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。// 阐述如何使用继承问题

2、里氏替换原则的作用

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。

3、里氏替换原则的实现方法

里氏替换原则通俗来讲就是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。也就是说：子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。// 可以扩展，但不能改变

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

如果程序违背了里氏替换原则，则继承类的对象在基类出现的地方会出现运行错误。这时其修正方法是：取消原来的继承关系，重新设计它们之间的关系。

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。// 尽量在同类之间进行继承，有明确的继承边界

下面以“几维鸟不是鸟”为例来说明里氏替换原则。

【例2】里氏替换原则在“几维鸟不是鸟”实例中的应用。

分析：鸟一般都会飞行，如燕子的飞行速度大概是每小时 120 千米。但是新西兰的几维鸟由于翅膀退化无法飞行。假如要设计一个实例，计算这两种鸟飞行 300 千米要花费的时间。显然，拿燕子来测试这段代码，结果正确，能计算出所需要的时间；但拿几维鸟来测试，结果会发生“除零异常”或是“无穷大”，明显不符合预期，其类图如下图所示。

程序实现如下：

上边程序运行会出错，程序运行错误的原因：几维鸟类重写了鸟类的 setSpeed(double speed) 方法，这违背了里氏替换原则。正确的做法是：取消几维鸟原来的继承关系，定义鸟和几维鸟的更一般的父类，如动物类，它们都有奔跑的能力。几维鸟的飞行速度虽然为 0，但奔跑速度不为 0，可以计算出其奔跑 300 千米所要花费的时间。// 里氏替换原则->子类应尽量不重写父类的方法

正确的类图设计如下：

三、依赖倒置原则

1、依赖倒置原则的定义

依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle，DIP）是 Object Mentor 公司总裁罗伯特·马丁（Robert C.Martin）于 1996 年在 C++ Report 上发表的文章。

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（High level modules shouldnot depend upon low level modules.Both should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions）。其核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。// 面向接口编程，不要面向实现编程。-> 解耦合 ->维持架构稳定

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。

由于在软件设计中，细节具有多变性，而抽象层则相对稳定，因此以抽象为基础搭建起来的架构要比以细节为基础搭建起来的架构要稳定得多。这里的抽象指的是接口或者抽象类，而细节是指具体的实现类。

使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成。

2、依赖倒置原则的作用

依赖倒置原则的主要作用如下：

• 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。

3、依赖倒置原则的实现方法

依赖倒置原则的目的是通过要面向接口的编程来降低类间的耦合性，所以我们在实际编程中只要遵循以下4点，就能在项目中满足这个规则。

1. 每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
2. 变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
3. 任何类都不应该从具体类派生。
4. 使用继承时尽量遵循里氏替换原则。

下面以“顾客购物程序”为例来说明依赖倒置原则的应用。

【例1】依赖倒置原则在“顾客购物程序”中的应用。

分析：本程序反映了 “顾客类”与“商店类”的关系。商店类中有 sell() 方法，顾客类通过该方法购物。以下代码定义了顾客类通过韶关 店 ShaoguanShop 购物：

但是，这种设计存在缺点，如果该顾客想从另外一家商店（如婺源 店 WuyuanShop）购物，就要将该顾客的代码修改如下：

顾客每更换一家商店，都要修改一次代码，这明显违背了开闭原则。存在以上缺点的原因是：顾客类设计时同具体的商店类绑定了，这违背了依赖倒置原则。解决方法是：定义“婺源 店”和“韶关 店”的共同接口 Shop，顾客类面向该接口编程，其代码修改如下：// 对商店进行抽象

这样，不管顾客类 Customer 访问什么商店，或者增加新的商店，都不需要修改原有代码了，其类图如下图所示。

程序代码如下：