软件设计原则

Principles of OOD

1 SOLID原则

1.1 单一职责原则(Single Responsibility Principle)

There should never be more than one reason for a class to change.
永远不要让一个类存在多个改变的理由。
换句话说，如果一个类需要改变，改变它的理由永远只有一个。如果存在多个改变它的理由，就需要重新设计该类。
单一职责原则的核心含意是：只能让一个类有且仅有一个职责。这也是单一职责原则的命名含义。

为什么一个类不能有多于一个以上的职责呢？

如果一个类具有一个以上的职责，那么就会有多个不同的原因引起该类变化，而这种变化将影响到该类不同职责的使用者（不同用户）：
1. 一方面，如果一个职责使用了外部类库，则使用另外一个职责的用户却也不得不包含这个未被使用的外部类库。
2. 另一方面，某个用户由于某个原因需要修改其中一个职责，另外一个职责的用户也将受到影响，他将不得不重新编译和配置。这违反了设计的开闭原则，也不是我们所期望的。

1.2 开闭原则原则(Open-Closed Principle)

Software entities (classes, modules, function, etc.) should be open for extension, but closed for modification.
软件实体（模块，类，方法等）应该对扩展开放，对修改关闭。
开闭原则是判断面向对象设计是否正确的最基本的原理之一。
根据开闭原则，在设计一个软件系统模块（类，方法）的时候，应该可以在不修改原有的模块（修改关闭）的基础上，能扩展其功能（扩展开放）。
- 扩展开放：某模块的功能是可扩展的，则该模块是扩展开放的。软件系统的功能上的可扩展性要求模块是扩展开放的。
- 修改关闭：某模块被其他模块调用，如果该模块的源代码不允许修改，则该模块修改关闭的。软件系统的功能上的稳定性，持续性要求是修改关闭的。
这也是系统设计需要遵循开闭原则的原因：
1. 稳定性。开闭原则要求扩展功能不修改原来的代码，这可以让软件系统在变化中保持稳定。
2. 扩展性。开闭原则要求对扩展开放，通过扩展提供新的或改变原有的功能，让软件系统具有灵活的可扩展性。
遵循开闭原则的系统设计，可以让软件系统可复用，并且易于维护。

1.3 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)

Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.
所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。
也就是说，只有满足以下2个条件的OO设计才可被认为是满足了LSP原则：
- 不应该在代码中出现if/else之类对子类类型进行判断的条件。
- 子类应当可以替换父类并出现在父类能够出现的任何地方，或者说如果我们把代码中使用基类的地方用它的子类所代替，代码还能正常工作。
里氏替换原则LSP是使代码符合开闭原则的一个重要保证。同时LSP体现了：
- 类的继承原则：如果一个继承类的对象可能会在基类出现的地方出现运行错误，则该子类不应该从该基类继承，或者说，应该重新设计它们之间的关系。
- 动作正确性保证：从另一个侧面上保证了符合LSP设计原则的类的扩展不会给已有的系统引入新的错误。

1.4 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use.
不能强迫用户去依赖那些他们不使用的接口。换句话说，使用多个专门的接口比使用单一的总接口总要好。
它包含了2层意思：
- 接口的设计原则：接口的设计应该遵循最小接口原则，不要把用户不使用的方法塞进同一个接口里。
如果一个接口的方法没有被使用到，则说明该接口过胖，应该将其分割成几个功能专一的接口。
- 接口的依赖（继承）原则：如果一个接口a依赖（继承）另一个接口b，则接口a相当于继承了接口b的方法，那么继承了接口b后的接口a也应该遵循上述原则：不应该包含用户不使用的方法。
反之，则说明接口a被b给污染了，应该重新设计它们的关系。
如果用户被迫依赖他们不使用的接口，当接口发生改变时，他们也不得不跟着改变。换而言之，一个用户依赖了未使用但被其他用户使用的接口，当其他用户修改该接口时，依赖该接口的所有用户都将受到影响。这显然违反了开闭原则，也不是我们所期望的。

1.5 依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)

依赖倒置原则的2个重要方针

A. High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions.
高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象
B. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions.
抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象

概念解说

依赖：在程序设计中，如果一个模块a使用/调用了另一个模块b，我们称模块a依赖模块b。
高层模块与低层模块：往往在一个应用程序中，我们有一些低层次的类，这些类实现了一些基本的或初级的操作，我们称之为低层模块；另外有一些高层次的类，这些类封装了某些复杂的逻辑，并且依赖于低层次的类，这些类我们称之为高层模块。
为什么叫做依赖倒置呢？
面向对象程序设计相对于面向过程（结构化）程序设计而言，依赖关系被倒置了。因为传统的结构化程序设计中，高层模块总是依赖于低层模块。

问题的提出

Robert C. Martin在依赖倒置原则中给出了“Bad Design”的定义：
1. It is hard to change because every change affects too many other parts of the system.
(Rigidity)
系统很难改变，因为每个改变都会影响其他很多部分。
2. When you make a change, unexpected parts of the system break. (Fragility)
当你对某地方做一修改，系统的看似无关的其他部分都不工作了。
3. It is hard to reuse in another application because it cannot be disentangled from
the current application. (Immobility)
系统很难被另外一个应用重用，因为你很难将要重用的部分从系统中分离开来。
导致“Bad Design”的很大原因是“高层模块”过分依赖“低层模块”。
一个良好的设计应该是系统的每一部分都是可替换的。
如果“高层模块”过分依赖“低层模块”，一方面一旦“低层模块”需要替换或者修改，“高层模块”将受到影响；另一方面，高层模块很难可以重用。

问题的解决

为了解决上述问题，Robert C. Martin提出了OO设计的Dependency Inversion Principle原则。
DIP给出了一个解决方案：在高层模块与低层模块之间，引入一个抽象接口层。
High Level Classes（高层模块） –> Abstraction Layer（抽象接口层） –> Low Level Classes（低层模块）
抽象接口是对低层模块的抽象，低层模块继承或实现该抽象接口。
这样，高层模块不直接依赖低层模块，高层模块与低层模块都依赖抽象接口层。
当然，抽象也不依赖低层模块的实现细节，低层模块依赖（继承或实现）抽象定义。

2 其他原则

2.1 迪米特法则(Law of Demeter,LoD)又叫做最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP)

一个对象应当对其他对象有尽可能少的了解
1. 只与你直接的朋友们通信(Only talk to your immediate friends)
2. 不要跟”陌生人”说话(Don’t talk to strangers)
3. 每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知识,而且局限于那些本单位密切相关的软件单位.
就是说,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,如果其中的一个类需要调用另一个类的某一个方法的话,可以通过第三者转发这个调用。

2.2 合成/聚合复用原则(Composite/Aggregate Reuse Principle,CARP)

在一个新的对象里面使用一些已有的对象,使之成为新对象的一部分;新的对象通过这些向对象的委派达到复用已有功能的目的.简单的说就是：要尽量多用聚合,少用继承.

2.3 好莱坞原则

别调用(打电话给)我们，我们会调用（打电话给）你。
回调是这种原则的很好的体现。

2.4 Tell, Don’t Ask

Procedural code gets information then makes decisions. Object-oriented code tells objects to do things. — Alec Sharp
过程式程序获取信息然后决策, OO程序则告诉对象做某事情。

也就是说，你应该尽量告诉对象你希望它们去做的事情；而不要询问它们的状态之后做出决定，最后才告诉它们做什么事情。
问题在于，调用方不应该基于被调用对象的状态来做决定，这会导致被调用对象的状态被改变。你正在实现的程序逻辑很可能是被调用对象的职责，而不是调用方本身的，因为你在被调用对象外部做决定破坏了被调用对象的封装。
详见Tell, Don’t Ask

3 正交设计原则

• 最小化重复
• 分离关注点
• 缩小依赖范围
• 向着稳定的方向依赖

4 简单设计原则

4.1 Kent beck

1. Passes all the tests.
2. no duplication.
3. Expresses developer intent
4. Minimized the number of classes, methods

4.2 Martin Fowler这样表达BeckDesignRules

• Passes the tests
• Reveals intention
• No duplication
• Fewest elements
  详见：BeckDesignRules