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1、第2章面向对象设计原则刘 伟 weiliu_教材w 指定教材：刘伟. 设计模式. 北京：清华大学出版社, 2011.w 辅导教材（实验教材）：刘伟. 设计模式实训教程. 北京：清华大学出版社, 2012.本章教学内容w 面向对象设计原则概述w 单一职责原则w 开闭原则w 里氏代换原则w 依赖倒转原则w 接口隔离原则w 合成复用原则w 迪米特法则面向对象设计原则概述w 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 (Maintainability) 较低的软件设计，通常由于如下4个原因造成： 过于僵硬(Rigidity) 过于脆弱(Fragility) 复
2、用率低(Immobility) 黏度过高(Viscosity) Robert C.Martin面向对象设计原则概述w 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： 可扩展性(Extensibility) 灵活性(Flexibility) 可插入性(Pluggability) Peter Coad面向对象设计原则概述w 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。
3、 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w 软件的可维护性和可复用性面向对象设计原则和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w 面向对象设计原则简介 常用的面向对象设计原则包括7个，这些原则并不是孤立存在的，它们相 互依赖，相
4、互补充。 设计设计 原则则名称设计设计 原则简则简 介重要性 单一职责 原则 (Single Responsibility Principle, SRP)类的职责 要单一，不能将太多的职责 放在一个类中开闭原则 (Open-Closed Principle, OCP)软件实体对扩 展是开放的，但对修改是关闭的，即在不修改一 个软件实体的基础上去扩展其功能里氏代换原则 (Liskov Substitution Principle, LSP)在软件系统中，一个可以接受基类对 象的地方必然可以接受一 个子类对 象依赖倒转原则 (Dependency Inversion Principle, DIP)
5、要针对 抽象层编 程，而不要针对 具体类编 程接口隔离原则 (Interface Segregation Principle, ISP)使用多个专门 的接口来取代一个统一的接口 合成复用原则 (Composite Reuse Principle, CRP)在系统中应该 尽量多使用组合和聚合关联关系，尽量少使用甚 至不使用继承关系迪米特法则 (Law of Demeter, LoD)一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或者说如果两个类 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，而是通过引入一个第三者发生间接交互单一职责原则 w 单一职责原则定义 单一职责原则(Single R
6、esponsibility Principle, SRP)定义如下： 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。 其英文定义为： Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class. 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化的原因。 其英文定义为： There should never be more than one reason for a class to cha
7、nge.单一职责原则 w 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 w 单一职责原则实例 实例
8、说明 某基于Java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 w 单一职责原则实例 实例解析 开闭原则w 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。其英文定义为： Software entities should be open for extension, but closed for modification.开闭
9、原则w 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w 开闭原则分析 抽象化是开闭原则的关键。 开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封装 原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统 的可变因素并将其封装起来。 开闭原则w 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
10、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w 开闭原则实例 实例解析 里氏代换原则 w 里氏代换原则定义 里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, 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。 其英文定义为： If for each object o1 of type S there is an object o2 of
11、 type T such that for all programs P defined in terms of T, the behavior of P is unchanged when o1 is substituted for o2 then S is a subtype of T. 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。 其英文定义为： Functions that use pointers or references to base classes must be able to use objects of derived cl
12、asses without knowing it.里氏代换原则 w 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 理工学院教授Barbara Liskov和卡内基.梅隆大学Jeannette Wing教授 于1994年提出。其原文如下：Let q(x) be a property provable about objects x of type T. Then q(y) should be true for objects y of type S where S is a subtype of T. 芭芭拉利斯科夫（Barbara Liskov），美
13、国计算机科学家，2008年图灵奖得主， 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。周以真（Jeannette M. Wing），美国计算机科学 家，卡内基.梅隆大学教授 ，美国国家自然基金会计 算与信息科学工程部助理 部长，ACM和IEEE会士 。里氏代换原则 w 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
14、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 w 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 w 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
15、实现加密操作。如图所示：里氏代换原则 w 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 w 里氏代换原则实例实例解析 依赖倒转原则 w 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
16、抽象。 其英文定义为： 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. 另一种表述为： 要针对接口编程，不要针对实现编程。 其英文定义为： Program to an interface, not an implementation.依赖倒转原则 w 依赖倒转原则分析 依赖倒转原则是Robert C. Martin在1996年为C+
