设计原则

本文深入解析单一职责、里氏替换、依赖倒置、接口隔离、迪米特法则与开闭原则,阐述每项原则的定义、应用及优缺点,助力软件设计与重构。

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@TOC单一职责 里式替换 依赖倒置 接口隔离 迪米特法则 开闭原则

单一职责原则

定义:不要存在多于一个导致类变更的原因即一个类只负责一项职责
解决方案:遵循单一职责原则 一个方法负责两个职责
遵循单一职责的优点:
可以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的多;
提高类的可读性,提高系统的可维护性;
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的好,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

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
当使用继承时,要遵循里氏替换原则,对添加功能开放,只适合拓展不适合修改,子类可以来扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能
特点:
子类必须完全实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法;
子类中可以增加自己特有的方法;
当子类的方法重载父类的方法时,方法的前置条件(即方法的形参)要比父类方法的输入参数要更宽松;
当子类的方法实现父类的抽象方法时,方法的后置条件(及方法的返回值)要比父类更严格。
优点:
提高代码的重用性,子类拥有父类的方法和属性;
提高代码的可扩展性,子类可形似于父类,但异于父类,保留自我的特性
缺点:
继承是侵入性的,只要继承就必须拥有父类的所有方法和属性,在一定程度上约束了子类,降低了代码的灵活性;
增加了耦合性,当父类的常量、变量或者方法被修改了,需要考虑子类的修改。

依赖倒置原则

定义:高层模块不应该依赖低层模块,二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。
高级模块依赖具体的类是很不稳定的
相对于细节的多变性,抽象的东西要稳定的多。抽象指的是接口或者抽象类,细节就是具体的实现类,使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约,而不是涉及任何具体的操作。
依赖倒置原则的核心思想是:面向接口编程,理解了面向接口编程,也就理解了依赖倒置。
在实际编程中我们一般需要做到如下:
低层模块尽量都要有抽象类和接口,或者两者都有;
变量的声明类型尽量都是抽象类或接口;
使用继承时遵循里氏替换原则。

接口隔离原则

定义:客户端不应该依赖它不需要的接口;一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
含义:建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。在程序设计中,依赖几个专用的接口要比依赖一个综合的接口更灵活。
单一职责原则注重的是职责;接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。
单一职责原则主要是约束类其次才是接口和方法,针对的是程序中的实现和细节;接口隔离原则主要约束接口,主要针对抽象,针对程序整体框架的构建。
注意事项:
接口尽量小,但是要有限度;
为依赖接口的类定制服务,只暴露给调用的类它需要是方法,它不需要的方法则隐藏起来;
提高内聚,减少对外交互。

迪米特法则

定义:一个对象应该对其他对象保持最少的了解。(知道最少原则) 更简单的定义:只与直接的朋友通信
对于被依赖的类来说,无论逻辑多么复杂,都尽量的将逻辑封装在类的内部,对外除了提供public方法,不对外泄露任何信息。
问题由来:类与类之间的关系越密切,耦合度越大,当一个类发生改变时,对另一个类的影响也越大。
软件编程的总的原则:低耦合,高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。
聚合:表示两个对象之间是整体和部分的弱关系。

开闭原则

定义:一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放,对修改关闭。可以扩展,不可以修改。
软件实体包括:
项目或软件产品中按照一定的逻辑规则划分的模块;
抽象和类;
方法。
为什么使用开闭原则:
开闭原则非常有名,只要是面向对象编程,在开发时都会强调开闭原则;
开闭原则是最基础的设计原则,其他的五个原则都是开闭原则的具体形态也就是说其他的五个设计原则是指导设计的攻击和方法,开闭原则是其精神领袖;
开闭原则可以提高复用性;
开闭原则可以提高维护性;
面向对象开发的要求;
如何使用开闭原则:
抽象约束;元数据控件模块行为;制定项目章程;封装变化。

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MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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