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1、第2章 面向对象设计原则,本章教学内容,面向对象设计原则概述 单一职责原则 开闭原则 里氏代换原则 依赖倒转原则 接口隔离原则 合成复用原则 迪米特法则,面向对象设计原则概述,软件的可维护性和可复用性 知名软件大师Robert C.Martin认为一个可维护性较低的软件设计，通常由于如下四个原因造成： 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,软件的可维护性和可复用性 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
2、展性(Extensibility) 灵活性(Flexibility) 可插入性(Pluggability),Peter Coad,面向对象设计原则概述,软件的可维护性和可复用性 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。 面向对象设计复用的目标在于实现支持可维护性的复用。 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,软件的可维护性和可复用性 面向对象设计原则和
3、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,面向对象设计原则简介 常用的面向对象设计原则包括七个，这些原则并不是孤立存在的，它们相互依赖，相互补充。,单一职责原则,单一职责原则定义 单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： 在软件系统中，一个类只负责一个功能领域中的相应职责。 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
4、化的原因。,单一职责原则,单一职责原则分析 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。 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。 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,单一职责原则实例 实例说明 某基于Ja
5、va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,单一职责原则实例 实例解析 使用单一职责原则重构后的类图：,开闭原则,开闭原则定义 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。,开闭原则,开闭原则分析 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。 在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模
6、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,开闭原则分析 抽象化是开闭原则的关键。 绝大部分的设计模式都符合开闭原则，在对每一个模式进行优缺点评价时都会以开闭原则作为一个重要的评价依据，以判断基于该模式设计的系统是否具备良好的灵活性和可扩展性。,开闭原则,开闭原则实例 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,开闭原则实例 实例解析,里氏代换原则,里氏代换原则定义 里氏代换原则(Liskov Substitution Pr
7、inciple, 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。 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。,里氏代换原则,里氏代换原则分析 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Barbara Liskov教授和卡内基-梅隆大学Jeannette Wing教授于1994年提出。,芭芭拉利斯科夫（Barbara Liskov），美国计
8、算机科学家，2008年图灵奖（计算机领域的诺贝尔奖）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，第二位获得图灵奖的女科学家。,里氏代换原则,里氏代换原则分析 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。 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
9、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,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,里氏代换原则实例 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,里氏代换原则实例 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
10、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,里氏代换原则实例 实例解析,依赖倒转原则,依赖倒转原则定义 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。 另一种表述为： 要针对接口编程，不要针对实现编程。,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 依赖倒转原则是Robert C. Martin在1996年为C+ Re
11、porter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,依赖倒转原则分析 简单来说，依赖倒转原则就是指：代码要依赖于抽象的类，而不要依赖于具体的类；要针对接口或抽象类编程，而不是针对具体类编程。 实现开闭原则的关键是抽象化，并且从抽象化导出具体化实现，如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话，那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 依赖倒转原则的常用实现方式之一
12、是在代码中使用抽象类，而将具体类放在配置文件中。 “将抽象放进代码，将细节放进元数据” 程序员修炼之道：从小工到专家,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 类之间的耦合 零耦合关系 具体耦合关系 抽象耦合关系 依赖倒转原则要求客户端依赖于抽象耦合，以抽象方式耦合是依赖倒转原则的关键。,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 依赖注入,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 依赖注入 构造注入(Constructor Injection)：通过构造函数注入实例变量。 设值注入(Setter Injection)：通过Setter方法注入实例变量。 接口注入(Interface Injection)：通过接口方法注入实
13、例变量。,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 构造注入,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 设值注入,依赖倒转原则,依赖倒转原则分析 接口注入,依赖倒转原则,依赖倒转原则实例 实例说明 某系统提供一个数据转换模块，可以将来自不同数据源的数据转换成多种格式，如可以转换来自数据库的数据(DatabaseSource)、也可以转换来自文本文件的数据(TextSource)，转换后的格式可以是xml文件(XMLTransformer)、也可以是xls文件(XLSTransformer)等。,依赖倒转原则,依赖倒转原则实例 实例说明 由于需求的变化，该系统可能需要增加新的数据源或者新的文件格式，每增加一个新的类
14、型的数据源或者新的类型的文件格式，客户类MainClass都需要修改源代码，以便使用新的类，违背了开闭原则。现使用依赖倒转原则对其进行重构。,依赖倒转原则,依赖倒转原则实例 实例解析,接口隔离原则,接口隔离原则定义 接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP)的定义如下： 客户端不应该依赖那些它不需要的接口。 注意，在该定义中的接口指的是所定义的方法。 另一种定义方法如下： 一旦一个接口太大，则需要将它分割成一些更细小的接口，使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法即可。,接口隔离原则,接口隔离原则分析 接口隔离原则是指使用多个专门的接口，而不使用单
15、一的总接口。每一个接口应该承担一种相对独立的角色，不多不少，不干不该干的事，该干的事都要干。 (1) 一个接口就只代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，此时这个原则可以叫做“角色隔离原则”。 (2) 接口仅仅提供客户端需要的行为，即所需的方法，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口。,接口隔离原则,接口隔离原则分析 使用接口隔离原则拆分接口时，首先必须满足单一职责原则，将一组相关的操作定义在一个接口中，且在满足高内聚的前提下，接口中的方法越少越好。 可以在进行系统设计时采用定制服务的方式，即为不同的客户端提供宽窄不同的接口，只提供用户需要
16、的行为，而隐藏用户不需要的行为。,接口隔离原则,接口隔离原则实例 实例说明 下图展示了一个拥有多个客户类的系统，在系统中定义了一个巨大的接口AbstractService来服务所有的客户类。可以使用接口隔离原则对其进行重构。,接口隔离原则,接口隔离原则实例 实例解析,合成复用原则,合成复用原则定义 合成复用原则(Composite Reuse Principle, CRP)又称为组合/聚合复用原则(Composition/ Aggregate Reuse Principle, CARP)，其定义如下： 尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。,合成复用原则,合成复用原则分析 合成复用原则就是指在一个新的对象里通过关联关系（包括组合关系和聚合关系）来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用其已有功能的目的。简言之：要尽量使用组合/聚合关系，少用继承。,合成复用原则,合成复用原则分析 在面向对象设计中，可以通过两种基本方法在不同的环境中复用已有的设计和实现，即通过组合/聚合
