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软件设计的原则

了解设计模式的朋友们,想必都听说过“六大设计原则”吧。其实最经典的 23 种设计模式中或多或少地都在使用这些设计原则,也就是说,设计模式是站在设计原则的基础之上的。所以在学习设计模式之前,很有必要对这些设计原则先做一下了解。

GoF(四人帮),传说中的四位大神们,他们联手搞出了一套设计模式,堪称 OOD(面向对象设计)的经典之作!震惊了整个软件开发领域。但这四个老家伙非常怪异,总是喜欢显摆一些高深的理论,甚至有时候不说人话,十分让人费解。

除了最经典的六大设计原则以外,还有一些其他的设计原则也非常重要,本文会一起列举,不断收集,不断更新。

我将尽可能地解释这些晦涩的理论,希望看完本文之后,会让您对这些设计原则稍微加深一些理解。若有不正确的地方,恳请大家指正!

1. 单一职责原则(Single Responsibility Principle - SRP)

永远不应该有多于一个原因来改变某个类。

对于一个类而言,应该仅有一个引起它变化的原因。说白了就是,不同的类具备不同的职责,各施其责。这就好比一个团队,大家分工协作,互不影响,各做各的事情。

当我们做系统设计时,如果发现有一个类拥有了两种的职责,那就问自己一个问题:可以将这个类分成两个类吗?如果真的有必要,那就分吧。千万不要让一个类干的事情太多!

2. 开放封闭原则(Open Closed Principle - OCP)

软件实体,如:类、模块与函数,对于扩展应该是开放的,但对于修改应该是封闭的。

简言之,对扩展开放,对修改封闭。换句话说,可以去扩展类,但不要去修改类。

当需求有改动,要修改代码了,此时您要做的是,尽量用继承或组合的方式来扩展类的功能,而不是直接修改类的代码。当然,如果能够确保对整体架构不会产生任何影响,那么也没必要搞得那么复杂了,直接改这个类吧。

3. 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle - LSP)

使用基类的指针或引用的函数,必须是在不知情的情况下,能够使用派生类的对象。

父类能够替换子类,但子类不一定能替换父类。也就是说,在代码中可以将父类全部替换为子类,程序不会报错,也不会在运行时出现任何异常,但反过来却不一定成立。

在继承类时,务必重写(Override)父类中所有的方法,尤其需要注意父类的 protected 方法(它们往往是让您重写的),子类尽量不要暴露自己的 public 方法供外界调用。

该原则由麻省理工学院的 Barbara Liskov 女士提出,她是美国第一位获取计算机博士学位的女性,曾经也获得过计算机图灵奖。

4. 最少知识原则(Least Knowledge Principle - LKP)

尽量减少对象之间的交互,从而减小类之间的耦合。简言之,一定要做到:低耦合,高内聚。

在做系统设计时,不要让一个类依赖于太多的其他类,需尽量减小依赖关系,否则,您死都不知道自己怎么死的。

该原则也称为“迪米特法则(Law of Demeter)”,由 Ian Holland 提出。这个人不太愿意和陌生人说话,只和他走得最近的朋友们交流。

5. 接口隔离原则(Interface Segregation Principle - ISP)

一个类与另一个类之间的依赖性,应该依赖于尽可能小的接口。

不要对外暴露没有实际意义的接口。也就是说,接口是给别人调用的,那就不要去为难别人了,尽可能保证接口的实用性吧。她好,我也好。

当需要对外暴露接口时,需要再三斟酌,如果真的没有必要对外提供的,就删了吧。一旦您提供了,就意味着,您将来要多做一件事情,何苦要给自己找事做呢。

6. 依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle - DIP)

高层模块不应该依赖于低层模块,它们应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

应该面向接口编程,不应该面向实现类编程。面向实现类编程,相当于就是论事,那是正向依赖(正常人思维);面向接口编程,相当于通过事物表象来看本质,那是反向依赖,即依赖倒置(程序员思维)。

并不是说,所有的类都要有一个对应的接口,而是说,如果有接口,那就尽量使用接口来编程吧。

将以上六大原则的英文首字母拼在一起就是 SOLID(稳定的),所以也称之为 SOLID 原则。

只有满足了这六大原则,才能设计出稳定的软件架构!但它们毕竟只是原则,只是四人帮给我们的建议,有些时候我们还是要学会灵活应变,千万不要生搬硬套,否则只会把简单问题复杂化,切记!

二、补充设计原则

1. 组合/聚合复用原则(Composition/Aggregation Reuse Principle - CARP)

当要扩展类的功能时,优先考虑使用组合,而不是继承。这条原则在 23 种经典设计模式中频繁使用,如:代理模式、装饰模式、适配器模式等。可见江湖地位非常之高!

2. 无环依赖原则(Acyclic Dependencies Principle - ADP)

当 A 模块依赖于 B 模块,B 模块依赖于 C 模块,C 依赖于 A 模块,此时将出现循环依赖。在设计中应该避免这个问题,可通过引入“中介者模式”解决该问题。

3. 共同封装原则(Common Closure Principle - CCP)

应该将易变的类放在同一个包里,将变化隔离出来。该原则是“开放-封闭原则”的延生。

4. 共同重用原则(Common Reuse Principle - CRP)

如果重用了包中的一个类,那么也就相当于重用了包中的所有类,我们要尽可能减小包的大小。

5. 好莱坞原则(Hollywood Principle - HP)

好莱坞明星的经纪人一般都很忙,他们不想被打扰,往往会说:Don't call me, I'll call you. 翻译为:不要联系我,我会联系你。对应于软件设计而言,最著名的就是“控制反转”(或称为“依赖注入”),我们不需要在代码中主动的创建对象,而是由容器帮我们来创建并管理这些对象。

三、其他设计原则

1. 不要重复你自己(Don't repeat yourself - DRY)

不要让重复的代码到处都是,要让它们足够的重用,所以要尽可能地封装。

2. 保持它简单与傻瓜(Keep it simple and stupid - KISS)

不要让系统变得复杂,界面简洁,功能实用,操作方便,要让它足够的简单,足够的傻瓜。

3. 高内聚与低耦合(High Cohesion and Low Coupling - HCLC)

模块内部需要做到内聚度高,模块之间需要做到耦合度低。

4. 惯例优于配置(Convention over Configuration - COC)

尽量让惯例来减少配置,这样才能提高开发效率,尽量做到“零配置”。很多开发框架都是这样做的。

5. 命令查询分离(Command Query Separation - CQS)

在定义接口时,要做到哪些是命令,哪些是查询,要将它们分离,而不要揉到一起。

6. 关注点分离(Separation of Concerns - SOC)

将一个复杂的问题分离为多个简单的问题,然后逐个解决这些简单的问题,那么这个复杂的问题就解决了。难就难在如何进行分离。

7. 契约式设计(Design by Contract - DBC)

模块或系统之间的交互,都是基于契约(接口或抽象)的,而不要依赖于具体实现。该原则建议我们要面向契约编程。

8. 你不需要它(You aren't gonna need it - YAGNI)

不要一开始就把系统设计得非常复杂,不要陷入“过度设计”的深渊。应该让系统足够的简单,而却又不失扩展性,这是其中的难点。

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