掌握设计原则，打磨编程基本功

发表于 2024-11-09 分类于 Develop ， DesignPattern 本文字数： 6.9k 阅读时长 ≈ 6 分钟

随着开发经验的增加，总感觉自己的代码风格有些混乱，同时伴随着一些困惑，如：

功能扩展性差，经常需要被重构
编码时无法对设计模式进行灵活使用
代码不够优雅

虽然代码风格见人见智，但是好的代码，总会让人眼前一亮，低耦合、高内聚、高复用、易扩展、易维护，于己于人，都是一份优雅。

作者从入门开始，就开始阅读设计模式，有系统地研读过，也有零零散散看过其他人的心得，但总是不能达到天人合一，运用自如的状态。今朝又心有所动，于是下定决心，稳扎稳打，以愚公移山之劲，重学设计模式，打磨编程基本功。

概述

面向对象开发，要主遵循七大设计原则，这七在原则，是编程的核心纲要，是编程的根基，因此必须滚瓜烂熟。

这七大原则的核心目录其实就一个：封装变化。

设计原则	一句话归纳	目的
单一职责原则(Single Responsibility Principle，SRP)	一个类只干一件事，实现类要单一	便于理解，提高代码的可读性
开闭原则(Open-Closed Principle，OCP)	对扩展开放，对修改关闭	降低维护带来的新风险
里氏替换原则(Liskov Substitution Principle， LSP)	派生类（子类）对象可以在程序中代替其基类（超类）对象。	防止继承泛滥
接口隔离原则(Interface Segregation Principle，ISP)	一个接口只干一件事，接口职责要精简单一	功能解耦，高聚合、低耦合
依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle，DIP)	高层不应该依赖低层，应面向接口编程应依赖于抽象而不是一个实例	更利于代码结构的升级扩展
合成复用原则(Composite Reuse Principle，CRP)	尽量使用组合或者聚合关系实现代码复用，少使用继承	降低代码耦合
迪米特法则(Law of Demeter，LoD)	一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用，一个类应该保持对其它对象最少的了解，降低耦合度	只和朋友交流，不和陌生人说话，减少代码臃肿

上述可简记为：迪米特、开单里、接依合（迪米特开 车到 3（单谐音）里 路外，去接 依合）

也可以简记为： SOLID CD（固体CD）

单一职责原则(S)

定义

单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）又称单一功能原则，由罗伯特·C.马丁（Robert C. Martin）于《敏捷软件开发：原则、模式和实践》一书中提出的。这里的职责是指类变化的原因，单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因，否则类应该被拆分（There should never be more than one reason for a class to change）。

该原则提出对象不应该承担太多职责，如果一个对象承担了太多的职责，至少存在以下两个缺点：

一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力；
当客户端仅需要该对象的某一个职责时，不得不将其他不需要的职责全都包含进来，从而造成冗余代码或代码的浪费。

优点

单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。如果遵循单一职责原则将有以下优点。

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得多。

提高类的可读性

复杂性降低，自然其可读性会提高。

提高系统的可维护性

可读性提高，那自然更容易维护了。

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得好，当修改一个功能时，可以显著降低对其他功能的影响。

实现方法

单一职责原则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，再封装到不同的类或模块中。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。

不同的应用场景，对同一个类的职责是否单一的判定，是不一样的。我们需要具体场景具体分析
一个类的设计可能已经满足单一职责原则了，但可能随着需求的迭代在未来的某个时候就不再满足单一职责原则了，此时我们没必要过于未雨绸缪，过度设计。可以先满足业务需求。随着业务的发展，如果类变得越来越庞大，代码越来越多，不再满足单一职责，这个时候，再把这个类持续进行重构拆分。

不满足单一职责的坏味道

随着开发经验的积累，我们是很容易嗅到一些不满足单一职责的坏味道的

类的代码行数过多
类依赖的其他类过多
过长的方法
私有方法过多
不容易给类起名字，类名中包含两个或以上的名词

开闭原则(O)

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：Software entities like classes,modules and functions should be open for extension but closed for modifications，软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。

这里的软件实体包括以下几个部分：

项目中划分出的模块
类与接口
方法

实现方法

需求总是变化的，可是对于软件设计者来说，如何才能做到不对原有系统修改的前提下，实现灵活的扩展，使其满足新的需求。

在开发过程中，应面向相对稳定的类型编程，一般认为，以下类型都属于相对稳定的类型：

接口
抽象类
功能类
其它不变化的类

因为抽象不包含具体实现，所以灵活性好，适应性广，只要抽象得合理，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。

有的同学可能会有这样的疑惑：新派生一个类后，要如何初始化后应用到系统中？

一般有以下方式：

使用依赖注入框架。

使用反射技术。将初始化的具体类型名称写入到配置文件，程序通过读取配置来初始化对应类

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。

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。
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。
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。

里氏替换原则(L)

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：Inheritance should ensure that any property proved about supertype objects also holds for subtype objects，继承必须确保超类所拥有的性质在子类中仍然成立。

里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，是对多态应用的一种规范约束。

规则

子类方法不能违背父类方法对输入输出异常的约定
1. 前置条件（输入参数）更宽松
2. 后置条件（返回结果）更严格
3. 不能新增异常类型
子类方法不能违背父类方法定义的功能
子类必须完全实现父类的抽象方法

作用

里氏替换原则的主要作用如下。

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。
加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

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。

根据上述理解，对里氏替换原则的定义可以总结如下：

子类可以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（即方法的输入参数）要比父类的方法更宽松
当子类的方法实现父类的方法时（重写/重载或实现抽象方法），方法的后置条件（即方法的的输出/返回值）要比父类的方法更严格或相等

通过重写父类的方法来完成新的功能写起来虽然简单，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。

接口隔离原则(I)

定义

接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）要求程序员尽量将臃肿庞大的接口拆分成更小的和更具体的接口，让接口中只包含客户感兴趣的方法。

2002 年罗伯特·C.马丁给“接口隔离原则”的定义是：Clients should not be forced to depend on methods they do not use，即客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法。该原则还有另外一个定义：The dependency of one class to another one should depend on the smallest possible interface，一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

以上两个定义的含义是：要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。

接口隔离原则和单一职责都是为了提高类的内聚性、降低它们之间的耦合性，体现了封装的思想，但两者是不同的：

单一职责原则注重的是职责，而接口隔离原则注重的是对接口依赖的隔离。
单一职责原则主要是约束类，它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，主要针对抽象和程序整体框架的构建。

优点

接口隔离原则是为了约束接口、降低类对接口的依赖性，遵循接口隔离原则有以下 5 个优点。

将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口，可以预防外来变更的扩散，提高系统的灵活性和可维护性。
接口隔离提高了系统的内聚性，减少了对外交互，降低了系统的耦合性。
如果接口的粒度大小定义合理，能够保证系统的稳定性；但是，如果定义过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化；如果定义太大，灵活性降低，无法提供定制服务，给整体项目带来无法预料的风险。
使用多个专门的接口还能够体现对象的层次，因为可以通过接口的继承，实现对总接口的定义。
能减少项目工程中的代码冗余。过大的大接口里面通常放置许多不用的方法，当实现这个接口的时候，被迫设计冗余的代码。

实现方法

在具体应用接口隔离原则时，应该根据以下几个规则来衡量。

接口尽量小，但是要有限度。一个接口只服务于一个子模块或业务逻辑。
为依赖接口的类定制服务。只提供调用者需要的方法，屏蔽不需要的方法。
了解环境，拒绝盲从。每个项目或产品都有选定的环境因素，环境不同，接口拆分的标准就不同深入了解业务逻辑。
提高内聚，减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。

依赖倒置原则(D)

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：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，即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。其核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。

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。

作用

依赖倒置原则的主要作用如下。

降低类间的耦合性。
提高系统的稳定性。
减少并行开发引起的风险。
提高代码的可读性和可维护性。

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。

每个类尽量提供接口或抽象类，或者两者都具备。
变量的声明类型尽量是接口或者是抽象类。
任何类都不应该从具体类派生。
使用继承时尽量遵循里氏替换原则。
依赖注入：通过构造函数、方法参数或属性注入的方式，将低层模块的实例传递给高层模块

合成复用原则(C)

定义

合成复用原则（Composite Reuse Principle，CRP）又叫组合/聚合复用原则（Composition/Aggregate Reuse Principle，CARP）。它要求在软件复用时，要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的，两者都是开闭原则的具体实现规范。

重要性

通常类的复用分为 继承复用 和 合成复用 两种，继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点。

破坏了类的封装性。

因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
子类与父类的耦合度高。

父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
它限制了复用的灵活性。

从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点。

它维持了类的封装性。

因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
新旧类之间的耦合度低。

这种复用所需的依赖较少，新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
复用的灵活性高。

这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

实现方法

合成复用原则是通过将已有的对象纳入新对象中，作为新对象的成员对象来实现的，新对象可以调用已有对象的功能，从而达到复用。

迪米特法则(D)

定义

迪米特法则（Law of Demeter，LoD）又叫作最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP)，产生于 1987 年美国东北大学（Northeastern University）的一个名为迪米特（Demeter）的研究项目，由伊恩·荷兰（Ian Holland）提出，被 UML 创始者之一的布奇（Booch）普及，后来又因为在经典著作《程序员修炼之道》（The Pragmatic Programmer）提及而广为人知。

迪米特法则的定义是：只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：