C++ 面向对象五大原则

一，面向对象五大原则

1，理解设计模式与设计原则

软件设计原则： 原则为我们提供指南，它告诉我们什么是对的，什么是错的。它不会告诉我们如何解决问题。它仅仅给出一些准则，以便我们可以设计好的软件，避免不良的设计。
软件设计模式： 模式是在软件开发过程中总结得出的一些可重用的解决方案，它能解决一些实际的问题。一些常见的模式，比如工厂模式、单例模式等等。 封装、继承、多态只是类的三大特性，在程序设计时并不是说使用到了这三个特性就是面向对象，真正的面向对象的设计要满足下面五个原则。

2，单一功能原则

原理： 单一职责原则可以看作是低耦合、高内聚在面向对象原则上的引申，将功能定义为引起变化的原因，功能过多可能引起它变化的原因就越多，这将导致功能依赖，相互之间就产生影响，从而极大的损伤其内聚性和耦合度。因此不要为类实现过多的功能，以保证一个类只有一个引起它变化的原因。

class DBManager{
private:
    string userId;
public:
    DBManager(const string &str):userId(str){}
    void add(){
        if(userId == "chongchong"){
            //执行往数据库里添加数据的操作
        }
    }
};

程序分析：

上面这个是很low的设计，如果验证用户权限的规则或数据库的操作发生改变，那就必须对DBManager类进行修改。权限判断的功能和数据库操作的功能被放在一个类中。我们可以使用Proxy模式，实现权限判断与数据库操作功能的分离。DBManager类实现数据库操作，代理Proxy类里面进行权限判断，下面这个是比较高大上的设计：

class Protocal{
public:
    virtual void add();
};

class DBManager : public Protocal{
private:
    string userId;
public:
    DBManager(const string &str):userId(str){}
    void add(){
        //添加一条记录到数据库中
    }
};

class Proxy : public Protocal{
private:
    DBManager &manager;
public:
    Proxy(const DBManager &db):manager(db){}
    void add(){
        //先对用户的权限进行验证，然后再执行往数据库添加数据的操作
        manager.add();
    }
};

int main() {
    DBManager manager("123456");
    Proxy delegate(manager);
    delegate.add();
    return 0;
}

3，开放封闭原则

**原理：**对扩展是开放的，对修改是封闭的。开放封闭原则主要体现在下面两个方面，一是：对扩展开放意味着，软件有新的需求或变化时，可以对现有的代码进行扩展，以满足新的需求。二是：对修改封闭意味着，类一旦设计完成，就不要对类进行任何的修改。“需求总是变化”、“世界上没有一个软件是不变的”，这些言论是对软件需求最经典的表白。对于软件设计者来说，必须在不需要对原有的系统进行修改的情况下，实现灵活的系统扩展。而如何能做到这一点呢？ 要面向接口编程，而不是面向实现编程。实现开放封闭的核心思想就是对抽象编程，而不对具体编程，因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象，所以对修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和对多态机制，通过接口可以派生出新的类，实现新功能的扩展，所以对于扩展就是开放的，这是实施开放封闭原则的基本思路。
**实例：**设计一款射击游戏，在这个游戏中会出现不同的人物角色以及不同的枪支，人物与枪支是最容易扩展的部分，把他们隔离开来，形成统一的接口处理。具体的人物角色与枪支都是依赖于这些接口，此时对接口的修改就是封闭的，而通过继承从抽象类派生出新的类，就是对扩展的开放，下面就是类的设计：

class Gun{
public:
    virtual void kill();
};

class MachineGun : public Gun{
public:
    void kill(){
        cout<<"MachineGun."<<endl;
    }
};

class Character{
public:
    virtual void shoot(){}
};

class BadGuy : public Character{
private:
    Gun &weapon;
public:
    BadGuy(Gun &gun):weapon(gun){}
    void shoot(){
        cout<<"BadGuy use ";
        weapon.kill();
    }
};

int main() {
    MachineGun machineGun;
    BadGuy badGuy(machineGun);
    badGuy.shoot();
    return 0;
}

输出结果：

BadGuy use MachineGun.

Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.006 s
Press any key to continue.

程序分析：

所有的具体类都是依赖于接口，具体类之间没有耦合在一起。例如：所有的Character的派生类，都是与接口Gun耦合在一起，都使用的是接口中提供的方法。

4，替换原则

**原理：**子类应当可以替换父类，并能出现在父类能出现的任何位置上，主要就是继承的体现。继承是一项非常优秀的语言机制，它可以提高代码复用性与代码的可扩展性。这个原则的核心思想就是，良好的继承定义了一个规范。
实例： CS是一款经典的射击游戏，下面是枪类的实现。

5，依赖倒转原则

原理： 抽象不能依赖于具体，具体应该依赖于抽象。就是要面向接口编程，而不是面向实现编程。
**实例：**假设我们现在要做一个电商系统，会遇到这样一个问题：订单入库。假设系统设计初期，用的是SQL Server数据库。通常我们会定义一个SqlServer类，用于数据库的读写。

class SqlServer{
public:
    void add(){
        cout<<"往数据库添加一个订单."<<endl;
    }
};

然后定义一个Order类，负责订单的逻辑处理。由于订单要入库，需要依赖于数据库的操作。因此在Order类中，需要定义SqlServer类的变量并初始化。

class Order{
private:
    SqlServer *p;
public:
    Order(){
        p = new SqlServer;
    }
    void add(){
        //先进行订单的逻辑处理，再把这个订单放到数据库
        p->add();
    }
};

定义上面两个类很容易实现想要的功能，但是可能有一天不想使用SQL Server数据库，要使用Oracle数据库，那么要重新写一个OracleServer类，然后对Order类进行修改。如果底层数据库换成Mysql，又要进行类似的操作，所以设计的系统的扩展性不强。主要的原因有两个，一是：Order直接依赖于一个具体的类，二是：Order依赖的对象的创建与绑定是在它的内部实现的。高层模块Order类不应该依赖于低层模块SqlServer，两者应该依赖于抽象。可以使用IoC（控制反转）来解决上面的问题。IoC有2种常见的实现方式：依赖注入和服务定位。其中，依赖注入是使用最为广泛，下面将深入理解依赖注入（DI）。

什么是依赖注入（DI）？

控制反转（IoC）一种重要的方式，就是将依赖对象的创建和绑定转移到被依赖对象类的外部来实现。在上述的实例中，Order类所依赖的对象SqlServer的创建和绑定是在Order类内部进行的。事实证明，这种方法并不可取。既然，不能在Order类内部直接绑定依赖关系，那么如何将SqlServer对象的引用传递给Order类使用呢？依赖注入（DI），它提供一种机制，将需要依赖（低层模块）对象的引用传递给被依赖（高层模块）对象。通过DI，可以在Order类的外部将SqlServer对象的引用传递给Order类对象。

使用构造函数来实现依赖注入

构造函数注入，毫无疑问通过构造函数传递依赖。因此，构造函数的参数必然用来接收一个依赖对象。那么参数的类型是什么呢？具体依赖对象的类型？还是一个抽象类型？根据DIP原则，知道高层模块不应该依赖于低层模块，两者应该依赖于抽象。那么构造函数的参数应该是一个抽象类型。首选，需要定义SqlServer的抽象类型DataAccess。

class DataAccess{
public:
    virtual void add(){}
} ;

class SqlServer : public DataAccess{
public:
    void add(){
        cout<<"往 SQL 数据库添加一个订单."<<endl;
    }
};

class Oracle : public DataAccess{
public:
   void add(){
     cout<<"往 Oracle 数据库添加一个订单."<<endl;
   }
};

修改Order类：

class Order{
private:
    DataAccess &re;
public:
    Order(DataAccess &re):re(re){}
    void add(){
        //先进行订单的逻辑处理，再把这个订单放到数据库
        re.add();
    }
};

下面是main函数：

int main() {
    SqlServer sql;         //在外部创建依赖对象
    Order order1(sql);     //通过构造函数注入依赖
    order1.add();

    Oracle oracle;         //在外部创建依赖对象
    Order order2(oracle);  //通过构造函数注入依赖
    order2.add();
    return 0;
}

输出结果：

往 SQL 数据库添加一个订单.
往 Oracle 数据库添加一个订单.

Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.009 s
Press any key to continue.

程序分析：

显然，不需要修改Order类的代码，就完成了Oracle数据库的移植，这无疑体现了IoC的精妙。

6，接口分离原则

原理： 使用多个专门的接口，而不使用单一的总接口，即类不应该依赖那些它不需要的接口。

class Worker{
public:
    virtual void eat();
    virtual void work();
};

现在有两个类实现了这个接口，一是Manager，另一个是ChengXuYuan，下面是这两个类的实现

class Manager : public Worker{
public:
    void eat(){
        cout<<"Manager eat."<<endl;
    }
    void work(){
        cout<<"Manager work."<<endl;
    }
};

class ChengXuYuan : public Worker{
public:
    void eat(){
        cout<<"ChengXuYuan eat."<<endl;
    }
    void work(){
        cout<<"ChengXuYuan work."<<endl;
    }
};

现在引入一个Robot，来实现上面的Worker接口，work行为对机器人来说是可以接受的，但是eat行为对机器人来说，就非常的不合理。如果直接让Robot实现Worker接口，此时的Robot就被迫使用它用不到的接口，当接口Worker发生变化时，它同样也要跟着改变。使用适配器模式解决上面的问题，下面是代码：

class EatAdapter : public Worker{
    void eat();
};

class WorkAdapter : public Worker{
    void work();
};

使用适配器模式，把一个大的接口，分成几个小的接口。