面向对象设计原则讲述
第6章 面向对象设计原则 本章教学内容 w 面向对象设计原则概述 w 单一职责原则 w 开闭原则 w 里氏代换原则 w 依赖倒转原则 w 接口隔离原则 w 合成复用原则 w 迪米特法则 面向对象设计原则概述 w 软件的可维护性和可复用性 ü 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，通常由于如下4个原因造成： 过于僵硬(Rigidity) 过于脆弱(Fragility) 复用率低(Immobility) 黏度过高(Viscosity) Robert C.Martin 面向对象设计原则概述 w 软件的可维护性和可复用性 ü软件工程和建模大师Peter Coad认为，一个好的系统 设计应该具备如下三个性质： 可扩展性(Extensibility) 灵活性(Flexibility) 可插入性(Pluggability) Peter Coad 面向对象设计原则概述 w 软件的可维护性和可复用性 ü 软件的复用(Reuse)或重用拥有众多优点，如可以提高软件 的开发效率，提高软件质量，节约开发成本，恰当的复用还 可以改善系统的可维护性。 ü 面向对象设计复用的目标在于实现支持可维护性的复用。 ü 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 些设计原则可以有效地提高系统的复用性，同时提高系统的 可维护性。 面向对象设计原则概述 w 软件的可维护性和可复用性 ü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，通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，提高软件的扩 展性和维护性。 Martin Fowler 面向对象设计原则概述 w 面向对象设计原则简介 ü 常用的面向对象设计原则包括7个，这些原则并不是孤立存在的，它们相 互依赖，相互补充。 设计设计 原则则名称设计设计 原则简则简 介重要性 单一职责 原则 (Single Responsibility Principle, SRP) 类的职责 要单一，不能将太多的职责 放在一个类中 开闭原则 (Open-Closed Principle, OCP) 软件实体对扩 展是开放的，但对修改是关闭的，即在不修改一 个软件实体的基础上去扩展其功能 里氏代换原则 (Liskov Substitution Principle, LSP) 在软件系统中，一个可以接受基类对 象的地方必然可以接受一 个子类对 象 依赖倒转原则 (Dependency Inversion Principle, DIP) 要针对 抽象层编 程，而不要针对 具体类编 程 接口隔离原则 (Interface Segregation Principle, ISP) 使用多个专门 的接口来取代一个统一的接口 合成复用原则 (Composite Reuse Principle, CRP) 在系统中应该 尽量多使用组合和聚合关联关系，尽量少使用甚 至不使用继承关系 迪米特法则 (Law of Demeter, LoD) 一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或者说如果两个类 不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作 用，而是通过引入一个第三者发生间接交互 单一职责原则 w 单一职责原则定义 ü 单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。 ü 其英文定义为： Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class. ü 另一种定义方式如下： 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。 ü 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 w 单一职责原则分析 ü 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，而且如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职 责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运 作。 ü 类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责通过 其属性来体现，而行为职责通过其方法来体现。 ü 单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构 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，需要 设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要 设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。 单一职责原则 w 单一职责原则实例 ü 实例说明 某基于Java的C/S系统的“登录功能”通过如下登录类(Login)实现： 现使用单一职责原则对其进行重构。 单一职责原则 w 单一职责原则实例 ü 实例解析 开闭原则 w 开闭原则定义 ü开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义如下： 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，应当使这个模块可以在不被修改的前提下被 扩展，即实现在不修改源代码的情况下改变这个模块的行为。 ü其英文定义为： Software entities should be open for extension, but closed for modification. 开闭原则 w 开闭原则分析 ü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。 ü在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模块、 一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。 开闭原则 w 开闭原则分析 ü抽象化是开闭原则的关键。 ü开闭原则还可以通过一个更加具体的“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。 开闭原则 w 开闭原则实例 ü 实例说明 某图形界面系统提供了各种不同形状的按钮，客户端代码可针对这些 按钮进行编程，用户可能会改变需求要求使用不同的按钮，原始设计 方案如图所示： 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求。 开闭原则 w 开闭原则实例 ü实例解析 里氏代换原则 w 里氏代换原则定义 ü 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，其定义如下： 如果对每一个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2，使得以T定义的所有 程序P在所有的对象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。 ü 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. ü 第二种更容易理解的定义方式如下： 所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象。 ü 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 w 里氏代换原则分析 ü 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。其原文如下：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. 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 ，美国国家自然基金会计 算与信息科学工程部助理 部长，ACM和IEEE会士 。 里氏代换原则 w 里氏代换原则分析 ü里氏代换原则可以通俗表述为：在软件中如果能够使用 基类对象，那么一定能够使用其子类对象。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，如果一个软件实体使用的是一个子类的话 ，那么它不一定能够使用基类。 ü里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使 用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在程序中 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，用子类对象来替换父类对象。 里氏代换原则 w 里氏代换原则分析 喜欢动物喜欢猫 因为猫是动物 里氏代换原则 w 里氏代换原则实例 ü实例说明 某系统需要实现对重要数据（如用户密码）的加密处理，在数据操作 类(DataOperator)中需要调用加密类中定义的加密算法，系统提供了 两个不同的加密类，CipherA和CipherB，它们实现不同的加密方法 ，在DataOperator中可以选择其中的一个实现加密操作。如图所示： 里氏代换原则 w 里氏代换原则实例 ü实例说明 如果需要更换一个加密算法类或者增加并使用一个新的加密算 法类，如将CipherA改为CipherB，则需要修改客户类Client 和数据操作类DataOperator的源代码，违背了开闭原则。 现使用里氏代换原则对其进行重构，使得系统可以灵活扩展， 符合开闭原则。 里氏代换原则 w 里氏代换原则实例 ü实例解析 依赖倒转原则 w 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年出版的经典著作Agile Software Development, Principles, Patterns, and Practices中。 依赖倒转原则 w 依赖倒转原则定义 ü 依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle, DIP)的定义 如下： 高层模块不应该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。抽象不应该依 赖于细节，细节应该依赖于抽象。 ü 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. ü 另一种表述为：
