可復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)的原則

1、論文題目：可復(fù)用構(gòu)件設(shè)計(jì)的原則院（系）:研究生學(xué)院專業(yè)年級(jí):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)姓名:楊友星學(xué)號(hào):201307021指導(dǎo)教師:鄭山紅2014年4月29日開(kāi)閉原則1988 年，Bertrand Meyer 在他的著作Object Oriented Software Construction 中提出了開(kāi)閉原則，原文為：“Software entities should be open for extension,but closed for modification”。即“軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，對(duì)修改關(guān)閉”。即軟件 系統(tǒng)中包含的各種組件，例如模塊（Modules）、類(lèi)（Classes）以及功能（Fu

2、nctions） 等等，應(yīng)該在不修改現(xiàn)有代碼的基礎(chǔ)上，引入新功能。開(kāi)閉原則中的“開(kāi)”，是 指對(duì)于組件功能的擴(kuò)展是開(kāi)放的，是允許對(duì)其進(jìn)行功能擴(kuò)展的；開(kāi)閉原則中的 “閉”，是指對(duì)于原有代碼的修改是封閉的，即不應(yīng)該修改原有的代碼。實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉原則的關(guān)鍵就在于抽象”。把系統(tǒng)的所有可能的行為抽象成一個(gè)抽 象底層，這個(gè)抽象底層規(guī)定出所有的具體實(shí)現(xiàn)必須提供的方法的特征。作為系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的抽象層，要預(yù)見(jiàn)所有可能的擴(kuò)展，從而使得在任何擴(kuò)展情況下，系統(tǒng)的抽 象底層不需修改；同時(shí)，由于可以從抽象底層導(dǎo)出一個(gè)或多個(gè)新的具體實(shí)現(xiàn)，可 以改變系統(tǒng)的行為，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)擴(kuò)展是開(kāi)放的。在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，一直都是提倡需求導(dǎo)向的。這

3、就要求在設(shè)計(jì)的時(shí)候， 要非常清楚地了解用戶需求，判斷需求中包含的可能的變化，從而明確在什么情 況下使用開(kāi)閉原則。關(guān)于系統(tǒng)可變的部分，還有一個(gè)更具體的原則是對(duì)可變性的封裝原則（Principle of Encapsulation of Variation, EVP），它從軟件工程實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)開(kāi)閉 原則進(jìn)行了進(jìn)一步的解釋。EVP要求在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)系統(tǒng)所有可能發(fā)生 變化的部分進(jìn)行評(píng)估和分類(lèi)，每一個(gè)可變的因素都單獨(dú)進(jìn)行封裝?！皩?duì)可變性的 封裝原則”意味著兩點(diǎn)：（1）一種可變性不應(yīng)當(dāng)散落在代碼的很多角落里，而應(yīng)當(dāng)被封裝到一個(gè)對(duì) 象里面。同一種可變性的不同表象意味著同一個(gè)繼承等級(jí)結(jié)構(gòu)中的具體子類(lèi)，

4、因 此，我們可以期待在設(shè)計(jì)模式中看到繼承關(guān)系。繼承應(yīng)當(dāng)被看做是封裝變化的方 法，而不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是從一般的對(duì)象生成特殊的對(duì)象的方法。（2）一種可變性不應(yīng)當(dāng)與另一種可變性混合在一起。在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程的設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，就要羅列出來(lái)系統(tǒng)所有可能的行為，并把 這些行為加入到抽象底層，根本就是不可能的，這么去做也是不經(jīng)濟(jì)的，費(fèi)時(shí)費(fèi) 力。另外，在設(shè)計(jì)開(kāi)始階段，對(duì)所有的可變因素進(jìn)行預(yù)計(jì)和封裝也不太現(xiàn)實(shí)，也 是很難做得到。所以，開(kāi)閉原則描繪的藍(lán)圖只是一種理想情況或是極端狀態(tài)，現(xiàn) 實(shí)世界中是很難被完全實(shí)現(xiàn)的。只能在某些組件，在某種程度上符合開(kāi)閉原則的 要求。開(kāi)閉原則具有理想主義的色彩，它是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的終極目標(biāo)。因此

5、，針對(duì) 開(kāi)閉原則的實(shí)現(xiàn)方法，一直都有面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的大師費(fèi)盡心機(jī)，研究開(kāi)閉原則的 實(shí)現(xiàn)方式。其它原則和方法如：里氏代換原則、依賴倒轉(zhuǎn)原則、接口隔離原則以 及抽象類(lèi)、接口等等，都可以看作是開(kāi)閉原則的實(shí)現(xiàn)方法。二、里氏代換原則里氏代換原則（Liskov Substitution Principle LSP）面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基本原則之 一。根據(jù)里氏代換原則，任何基類(lèi)可以出現(xiàn)的地方，子類(lèi)一定可以出現(xiàn)。LSP 是繼承復(fù)用的基石，只有當(dāng)衍生類(lèi)可以替換掉基類(lèi)，軟件單位的功能不受到影響 時(shí)，基類(lèi)才能真正被復(fù)用，而衍生類(lèi)也能夠在基類(lèi)的基礎(chǔ)上增加新的行為。里氏 代換原則是對(duì)“開(kāi)-閉”原則的補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)“開(kāi)閉”原則的關(guān)鍵

6、步驟就是抽象化。 而基類(lèi)與子類(lèi)的繼承關(guān)系就是抽象化的具體實(shí)現(xiàn)，所以里氏代換原則是對(duì)實(shí)現(xiàn)抽 象化的具體步驟的規(guī)范。LSP介紹的是基類(lèi)和子類(lèi)的關(guān)系。只有當(dāng)這種關(guān)系存在時(shí)，里氏代換關(guān)系才 存在。如果兩個(gè)具體的類(lèi)A，B之間的關(guān)系違反了 LSP的設(shè)計(jì)，（假設(shè)是從B到A 的繼承關(guān)系）那么根據(jù)具體的情況可以在下面的兩種重構(gòu)方案中選擇一種。-創(chuàng)建一個(gè)新的抽象類(lèi)C，作為兩個(gè)具體類(lèi)的超類(lèi)，將A，B的共同行為移 動(dòng)到C中來(lái)解決問(wèn)題。-從B到A的繼承關(guān)系改為委派關(guān)系。三、依賴倒置原則依賴倒置原則有如下定義：1）上層模塊不應(yīng)該依賴于底層模塊，它們都應(yīng) 該依賴于抽象。2）抽象不應(yīng)該依賴于細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)該依賴于抽象，要針對(duì)接

7、口 編程，不要針對(duì)實(shí)現(xiàn)編程。依賴倒置原則雖然很強(qiáng)大，但卻最不容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橐蕾嚨怪玫木壒?，?duì)象 的創(chuàng)建很可能要使用對(duì)象工廠，以避免對(duì)具體類(lèi)的直接引用，此原則的使用可能 還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的類(lèi)，對(duì)不熟悉面向?qū)ο蠹夹g(shù)的工程師來(lái)說(shuō)，維護(hù)這樣的系統(tǒng) 需要較好地理解面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)。依賴倒置原則假定所有的具體類(lèi)都是會(huì)變化的，這也不總是正確。有一些 具體類(lèi)可能是相當(dāng)穩(wěn)定，不會(huì)變化的，使用這個(gè)具體類(lèi)實(shí)例的應(yīng)用完全可以依賴 于這個(gè)具體類(lèi)型，而不必為此創(chuàng)建一個(gè)抽象類(lèi)型。四、接口隔離原則接口隔離原則的含義是一個(gè)指導(dǎo)可復(fù)用構(gòu)件中實(shí)體接口設(shè)計(jì)的原則，它使得 構(gòu)件中每個(gè)實(shí)體都擁有盡可能簡(jiǎn)單的接口。實(shí)現(xiàn)的策略應(yīng)該是針對(duì)不同的使

8、用者 提供不同的接口，也就是定制服務(wù)的思想。做法是對(duì)構(gòu)件中每個(gè)實(shí)體的使用者進(jìn) 行角色劃分，然后針對(duì)每一類(lèi)使用者提供一套有針對(duì)性的接口。即變一個(gè)大而全 的接口為多個(gè)簡(jiǎn)單有針對(duì)性的接口，減少需求變更引發(fā)的維護(hù)問(wèn)題五、合成/聚合復(fù)用原則合成/聚合復(fù)用原則是在一個(gè)新的對(duì)象里面使用一些已有的對(duì)象，使之成為 新對(duì)象的一部分；新的對(duì)象通過(guò)向這些對(duì)象的委派達(dá)到復(fù)用這些對(duì)象的目的。首 先使用合成/聚合，合成/聚合則使系統(tǒng)靈活，其次才考慮繼承，達(dá)到復(fù)用的目的。 而使用繼承時(shí)，要嚴(yán)格遵循里氏代換原則。有效地使用繼承會(huì)有助于對(duì)問(wèn)題的理 解，降低復(fù)雜度，而濫用繼承會(huì)增加系統(tǒng)構(gòu)建、維護(hù)時(shí)的難度及系統(tǒng)的復(fù)雜度。 如果兩個(gè)類(lèi)

9、是“Has-a”關(guān)系應(yīng)使用合成、聚合，如果是“s-a”關(guān)系可使用繼承。“Is-A”是嚴(yán)格的分類(lèi)學(xué)意義上定義，意思是一個(gè)類(lèi)是另一個(gè)類(lèi)的“一種”。而 “Has-A”則不同，它表示某一個(gè)角色具有某一項(xiàng)責(zé)任。通過(guò)合成/聚合來(lái)進(jìn)行復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)有：1、新對(duì)象存取成分對(duì)象的唯一方法是 通過(guò)成分對(duì)象的接口。2、這種復(fù)用是黑箱復(fù)用，因?yàn)槌煞謱?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)是新 對(duì)象所看不見(jiàn)的。3、這種復(fù)用支持包裝。4、這種復(fù)用所需的依賴較少。5、每 一個(gè)新的類(lèi)可以將焦點(diǎn)集中在一個(gè)任務(wù)上。6、這種復(fù)用可以在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài) 進(jìn)行，新對(duì)象可以動(dòng)態(tài)的引用與成分對(duì)象類(lèi)型相同的對(duì)象。7、作為復(fù)用手段可 以應(yīng)用到幾乎任何環(huán)境中去。缺點(diǎn)就是系統(tǒng)中

10、會(huì)有較多的對(duì)象需要管理。六、迪米特法則迪米特法則指的是一個(gè)軟件實(shí)體應(yīng)當(dāng)盡可能少的與其他實(shí)體發(fā)生相互作用。這樣，當(dāng)一個(gè)模塊修改時(shí)，就會(huì)盡量少的影響其他的模塊。擴(kuò)展會(huì)相對(duì)容易。這 是對(duì)軟件實(shí)體之間通信的限制。它要求限制軟件實(shí)體之間通信的寬度和深度。迪 米特法則還有其他表述，例如只與你直接的朋友們通信，不要跟“陌生人”說(shuō)話， 每一個(gè)軟件單位對(duì)其他的單位都只有最少的知識(shí)，而且局限于那些與本單位密切 相關(guān)的軟件單位。狹義的迪米特法則是指如果兩個(gè)類(lèi)不必彼此直接通信，那么這兩個(gè)類(lèi)就不應(yīng) 當(dāng)發(fā)生直接的相互作用。如果其中的一個(gè)類(lèi)需要調(diào)用另一個(gè)類(lèi)的某一個(gè)方法的 話，可以通過(guò)第三者轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)調(diào)用。狹義的迪米特法則的缺

11、點(diǎn)是在系統(tǒng)里造出大量的小方法，這些方法僅僅是傳 遞間接的調(diào)用，與系統(tǒng)的商務(wù)邏輯無(wú)關(guān)。遵循類(lèi)之間的迪米特法則會(huì)是一個(gè)系統(tǒng) 的局部設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，因?yàn)槊恳粋€(gè)局部都不會(huì)和遠(yuǎn)距離的對(duì)象有直接的關(guān)聯(lián)。但是， 這也會(huì)造成系統(tǒng)的不同模塊之間的通信效率降低，也會(huì)使系統(tǒng)的不同模塊之間不 容易協(xié)調(diào)。門(mén)面（外觀）模式和調(diào)停者（中介者）模式實(shí)際上就是迪米特法則的 具體應(yīng)用。廣義的迪米特法則迪米特法則的主要用意是控制信息的過(guò)載。在將迪米特法 則運(yùn)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中時(shí)，要注意下面的幾點(diǎn)：1）在類(lèi)的劃分上，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建有弱耦合的類(lèi)。2）在類(lèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，每一個(gè)類(lèi)都應(yīng)當(dāng)盡量降低成員的訪問(wèn)權(quán)限。3）在類(lèi)的設(shè)計(jì)上，只要有可能，一個(gè)類(lèi)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成

12、不變類(lèi)。4）在對(duì)其他類(lèi)的引用上，一個(gè)對(duì)象對(duì)其對(duì)象的引用應(yīng)當(dāng)降到最低。廣義迪米特法則在類(lèi)的設(shè)計(jì)上的體現(xiàn)有：1）優(yōu)先考慮將一個(gè)類(lèi)設(shè)置成不變類(lèi)2）盡量降低一個(gè)類(lèi)的訪問(wèn)權(quán)限3）謹(jǐn)慎使用 Serializable4）盡量降低成員的訪問(wèn)權(quán)限5）取代 C Struct迪米特法則又叫作最少知識(shí)原則（Least Knowledge Principle或簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)KP）， 就是說(shuō)一個(gè)對(duì)象應(yīng)當(dāng)對(duì)其他對(duì)象有盡可能少的了解。如何實(shí)現(xiàn)迪米特法則，迪米 特法則的主要用意是控制信息的過(guò)載，在將其運(yùn)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾 點(diǎn)：八、：1）在類(lèi)的劃分上，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建有弱耦合的類(lèi)。類(lèi)之間的耦合越弱，就越有利 于復(fù)用。2）在類(lèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

13、上，每一個(gè)類(lèi)都應(yīng)當(dāng)盡量降低成員的訪問(wèn)權(quán)限。一個(gè)類(lèi)不 應(yīng)當(dāng)public自己的屬性，而應(yīng)當(dāng)提供取值和賦值的方法讓外界間接訪問(wèn)自己的屬 性。3）在類(lèi)的設(shè)計(jì)上，只要有可能，一個(gè)類(lèi)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成不變類(lèi)。4）在對(duì)其它對(duì)象的引用上，一個(gè)類(lèi)對(duì)其它對(duì)象的引用應(yīng)該降到最低。七、單一職責(zé)原則一個(gè)類(lèi)，應(yīng)該只有一個(gè)職責(zé)。每一個(gè)職責(zé)都是變化的一個(gè)軸線，如果一個(gè)類(lèi) 有一個(gè)以上的職責(zé)，這些職責(zé)就耦合在了一起。這會(huì)導(dǎo)致脆弱的設(shè)計(jì)。當(dāng)一個(gè)職 責(zé)發(fā)生變化時(shí)，可能會(huì)影響其它的職責(zé)。另外，多個(gè)職責(zé)耦合在一起，會(huì)影響復(fù) 用性。我們可能只需要復(fù)用該類(lèi)的某一個(gè)職責(zé)，但這個(gè)職責(zé)跟其它職責(zé)耦合在了 一起，很難分離出來(lái)。SRP中，把職責(zé)定義為“變化的

14、原因”。如果你能想到N個(gè)動(dòng)機(jī)去改變一個(gè) 類(lèi)，那么這個(gè)類(lèi)就具有多于一個(gè)的職責(zé)。這里說(shuō)的“變化的原因”，只有實(shí)際發(fā) 生時(shí)才有意義。可能預(yù)測(cè)到會(huì)有多個(gè)原因引起這個(gè)類(lèi)的變化，但這僅僅是預(yù)測(cè)， 并沒(méi)有真的發(fā)生，這個(gè)類(lèi)仍可看做具有單一職責(zé)，不需要分離職責(zé)。如果分離， 會(huì)帶來(lái)不必要的復(fù)雜性。如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)有多于一個(gè)的職責(zé)，應(yīng)該盡量解耦。如果很難解耦，也要 分離接口，在概念上解耦。眾所周知，OOPL可以提高程序的封裝性、復(fù)用性、可維護(hù)性。但僅僅是“可 以”。能不能實(shí)現(xiàn)OOPL的這些優(yōu)點(diǎn)，要看具體怎么做。如果一個(gè)類(lèi)的代碼非常 混亂，各種功能的代碼都混在一起，封裝性、復(fù)用性、可維護(hù)性無(wú)從談起。SRP是所有原則中最

15、簡(jiǎn)單的，也是最基本的一個(gè)。運(yùn)用這個(gè)原則，可以提高 類(lèi)的內(nèi)聚性，有助于充分發(fā)揮OOPL的優(yōu)勢(shì)。八、原則分析所有的原則都應(yīng)該在對(duì)軟件設(shè)計(jì)有幫助的時(shí)候才遵循。因?yàn)槭褂眠@些原則是 要付出代價(jià)的。例如為了獲得可維護(hù)性和可復(fù)用性需要加入額外的類(lèi)或?qū)ο?，這 會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)占用更多的空間；為了獲得靈活性就需要進(jìn)行抽象或者加入中間層， 這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行速度的降低。所以在使用各種原則之前必須考慮所有因素。下面本 文將從上述原則中選取依賴倒置原則和接口隔離原則進(jìn)行分析。下面是一個(gè)違反了依賴倒置原則的例子。我們有一個(gè)上層類(lèi)Manager和底層 類(lèi)wanggang。我們需要在程序中添加一個(gè)新模塊，因?yàn)橛行碌娜藛T被雇用。為 此，

16、我們創(chuàng)建一個(gè)新的類(lèi)newperson。假設(shè)Manager是一個(gè)包含非常復(fù)雜的邏輯的類(lèi)，現(xiàn)在為了引入新的 newperson，我們需要修改它。讓我們看一下這有哪些缺點(diǎn)：1、我們需要修改 Manager類(lèi)。2、Manager類(lèi)的一些現(xiàn)有功能可能會(huì)受到影響。3、需要重做單元 測(cè)試。所有的這些問(wèn)題需要大量的時(shí)間去解決。但是如果程序的設(shè)計(jì)符合依賴倒置 原則將會(huì)非常簡(jiǎn)單。即我們?cè)O(shè)計(jì)Manager類(lèi)和一個(gè)person接口以及一些實(shí)現(xiàn)了 該接口的person類(lèi)。當(dāng)需要添加newperson類(lèi)時(shí)我們只需要讓它實(shí)現(xiàn)person接 口。/未使用依賴倒置原則public class Manager wanggang

17、pl;public void setPerson(wanggang p)pl = p ；public void manage()pl.work();public class wanggang public void work()System.out .println(wanggang is working);/新增xiaoli還得修改Manager相關(guān)代碼public class xiaoli public void work()System.out.println(xiaoli is working);下面是支持依賴倒置原則的代碼。在這個(gè)新的設(shè)計(jì)中，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)新的 抽象層person接口

18、。現(xiàn)在，上面的問(wèn)題得到了解決：1、不需要修改Manager 類(lèi)。2、使對(duì)Manager類(lèi)現(xiàn)有功能的影響最小化。3、不需要對(duì)Manager類(lèi)重新 進(jìn)行單元測(cè)試。/使用依賴倒置原則public interface person public void work();public class wanggang implements personpublic void work()System.out.println(wanggang is working);public class xiaoli implements personpublic void work()System.out.printl

19、n(xiaoli is working);public class Manager wanggang p1;public void setPerson(wanggang p)p1 = p ;public void manage()p1.work();采用接口隔離原則對(duì)接口進(jìn)行約束時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：1、接口盡量小， 但是要有限度。對(duì)接口進(jìn)行細(xì)化可以提高程序設(shè)計(jì)靈活性是不掙的事實(shí)，但是如 果過(guò)小，則會(huì)造成接口數(shù)量過(guò)多，使設(shè)計(jì)復(fù)雜化。所以一定要適度。2、為依賴接口的類(lèi)定制服務(wù)，只暴露給調(diào)用的類(lèi)它需要的方法，它不需要的方法則隱藏起 來(lái)。只有專注地為一個(gè)模塊提供定制服務(wù)，才能建立最小的依賴關(guān)系。3、提

20、高 內(nèi)聚，減少對(duì)外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情。運(yùn)用接口隔離原則，一定要適度，接口設(shè)計(jì)的過(guò)大或過(guò)小都不好。設(shè)計(jì)接口的時(shí)候，只有多花些時(shí)間去思考和籌劃，才能準(zhǔn)確地實(shí)踐這一原則。接口隔離原則：wanggangxiaolibreathe() drink() eat() gamble() breathe() drink() eat() bear()圖8.1未遵循接口隔離原則圖8.2遵循接口隔離原則/未使用接口隔離原則breathe();drink();eat();gamble();bear();work();public interface person void void void vo

21、id void voidpublic public public public public publicpublic class man public void food(person p) p.eat();public void water(person p) p.drink();public void air(person p) p.breathe();public void gamble(person p) p.gamble();public void work(person p) p.work(); class wanggang implements person public vo

22、id breathe() System. out .println(接口person :呼吸”); public void drink() System. out .println(接口 person:喝水”); public void eat() System. out .println(接口 person:吃飯”); public void gamble() System. out .println(接口person :賭博”)； public void work() System. out .println(接口 person:工作”); /bear()不用實(shí)現(xiàn)，但是必須實(shí)現(xiàn)public

23、 void bear() System. out .println(生育”);public class woman public void food(person p) p.eat();public void water(person p) p.drink();public void air(person p) p.breathe();public void bear(person p) p.bear();public void work(person p) p.work();class xiaoli implements person public void breathe() System

24、. out .println(接口person :呼吸”); public void drink() System. out .println(接口 person:喝水”); public void eat() System. out .println(接口 person:吃飯”); public void bear() System. out .println(接口 person:生育”); public void work() System. out .println(接口 person:工作”); /gamble()不用實(shí)現(xiàn)，但是必須實(shí)現(xiàn)public void gamble() Syst

25、em. out .println(接口person :賭博”)；/使用接口隔離原則breathe();drink();eat();work();voidvoidvoidvoidpublic interface personl public public public publicpublic interface person2 public void gamble();public interface person3 public void bear();public class man public void food(person1 p) p.eat();public void water(person1 p) p.drink();public void air(person1 p) p.breathe();public void gamble(person2 p) p.gamble();public void work(person1 p) p.work();class wa