模式的設(shè)計原則和實踐

5模式的設(shè)計原則和實踐匯報人：XXX2023-12-23設(shè)計原則概述單一職責原則開閉原則里氏替換原則依賴倒置原則接口隔離原則迪米特法則實踐應用與總結(jié)目錄01設(shè)計原則概述模式是解決特定問題的一種優(yōu)秀設(shè)計方案，它描述了在特定環(huán)境下如何組織和設(shè)計系統(tǒng)或它的部分，以及它們之間的交互。模式定義根據(jù)模式的應用領(lǐng)域和抽象層次，可以將其分為架構(gòu)模式、設(shè)計模式、分析模式和代碼模式等。模式分類模式的定義與分類遵循設(shè)計原則可以確保設(shè)計出的系統(tǒng)或軟件具有更高的質(zhì)量，包括穩(wěn)定性、可維護性、可擴展性等。提高設(shè)計質(zhì)量設(shè)計原則是從大量實踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗，遵循這些原則可以減少設(shè)計過程中的風險，避免走彎路。減少設(shè)計風險統(tǒng)一的設(shè)計原則有助于團隊成員之間的溝通和協(xié)作，提高開發(fā)效率。促進團隊協(xié)作設(shè)計原則的重要性模式的適用場景架構(gòu)模式適用于系統(tǒng)整體架構(gòu)的設(shè)計，關(guān)注如何將系統(tǒng)劃分為不同的組件和服務，以及它們之間的交互和通信。設(shè)計模式適用于軟件設(shè)計中常見問題的解決方案，關(guān)注如何設(shè)計類和對象以及它們之間的交互，以提高代碼的可重用性和可維護性。分析模式適用于需求分析和業(yè)務領(lǐng)域建模，關(guān)注如何識別和描述業(yè)務概念、規(guī)則和流程，以便更好地理解和表達需求。代碼模式適用于具體編程實現(xiàn)中的優(yōu)化和技巧，關(guān)注如何編寫高效、可讀和可維護的代碼。02單一職責原則單一職責原則（SingleResponsibilityPrinciple,SRP）是指一個類或者模塊應該有且僅有一個引起變化的原因。這意味著一個類或者模塊應該只負責一項功能，并且該功能應該被完整地封裝在該類或者模塊中。該原則的核心思想是降低類的復雜度，提高類的可讀性、可維護性和可復用性。當一個類或者模塊只負責一項功能時，它的職責是清晰的，也更容易被理解和使用。定義與解釋優(yōu)點降低類的復雜度，提高類的可讀性、可維護性和可復用性。減少類之間的耦合度，提高系統(tǒng)的可擴展性和可維護性。優(yōu)點與缺點優(yōu)點與缺點有利于進行單元測試，提高代碼質(zhì)量。缺點在某些情況下，單一職責原則可能會與開閉原則（Open-ClosedPrinciple,OCP）產(chǎn)生沖突，需要在設(shè)計時進行權(quán)衡。過度拆分職責可能會導致類或者模塊數(shù)量過多，增加系統(tǒng)的復雜性。優(yōu)點與缺點VS以一個簡單的計算器類為例，如果該類既負責實現(xiàn)加法運算，又負責實現(xiàn)減法運算，那么它就違反了單一職責原則。因為加法運算和減法運算是兩個不同的功能，應該分別由兩個不同的類來實現(xiàn)。如果將計算器類拆分為兩個類：加法運算類和減法運算類，每個類只負責實現(xiàn)一種運算功能，那么就符合了單一職責原則。這樣做的好處是降低了類的復雜度，提高了類的可讀性、可維護性和可復用性。同時，也有利于進行單元測試，提高代碼質(zhì)量。實例分析03開閉原則開閉原則（Open-ClosedPrinciple,…軟件實體（類、模塊、函數(shù)等）應當對擴展開放，對修改關(guān)閉。即軟件實體應盡量在不修改原有代碼的情況下進行擴展。要點一要點二解釋開閉原則強調(diào)軟件設(shè)計應具備可擴展性和可維護性。當需求發(fā)生變化時，應盡可能通過添加新代碼來擴展軟件功能，而不是修改現(xiàn)有代碼。這樣可以降低軟件維護成本，提高軟件質(zhì)量。定義與解釋優(yōu)點與缺點01優(yōu)點02提高軟件的可維護性：遵循開閉原則可以減少對現(xiàn)有代碼的修改，降低引入新錯誤的風險。提高軟件的可擴展性：通過添加新代碼來擴展功能，可以更容易地適應需求變化。03促進代碼重用：開閉原則鼓勵將公共功能抽象為可重用的組件或模塊，從而提高代碼重用率。優(yōu)點與缺點優(yōu)點與缺點01缺點02增加設(shè)計難度：遵循開閉原則需要對軟件進行良好的設(shè)計，這可能會增加設(shè)計難度和開發(fā)時間。03可能引入過度設(shè)計：過度追求開閉原則可能導致過度設(shè)計，增加系統(tǒng)復雜性。04難以完全實現(xiàn)：在實際開發(fā)中，由于需求變化、技術(shù)限制等原因，很難完全遵循開閉原則。假設(shè)有一個圖形繪制系統(tǒng)，支持繪制圓形、矩形等基本圖形。當需要添加新的圖形類型（如三角形）時，可以遵循開閉原則，通過添加新的圖形類來擴展功能，而不是修改現(xiàn)有的圖形類。實例一在一個電商系統(tǒng)中，商品類具有價格、名稱等屬性。當需要添加新的商品類型（如虛擬商品）時，可以遵循開閉原則，通過創(chuàng)建新的商品子類來擴展功能，而不是修改現(xiàn)有的商品類。這樣可以保持現(xiàn)有代碼的穩(wěn)定性，同時滿足新的需求。實例二實例分析04里氏替換原則定義與解釋里氏替換原則（LiskovSubstitutionPrinciple,LSP）是面向?qū)ο笤O(shè)計的基本原則之一，由芭芭拉·利科夫（BarbaraLiskov）提出。該原則指出，在軟件系統(tǒng)中，如果S是T的子類型，那么程序中使用T類型的對象的地方都可以用S類型的對象來替換，而不會改變程序原有的期望行為。定義里氏替換原則強調(diào)子類型必須能夠完全替代其基類型，并且不應該改變程序原有的行為。這意味著子類型應該繼承基類型的所有屬性和行為，并且不應該引入新的約束或改變基類型的原有行為。在面向?qū)ο缶幊讨?，里氏替換原則有助于確保系統(tǒng)的可擴展性和可維護性。解釋優(yōu)點與缺點優(yōu)點提高代碼的可重用性和可維護性：遵循里氏替換原則可以使代碼更加模塊化，降低類之間的耦合度，從而提高代碼的可重用性和可維護性。增強系統(tǒng)的可擴展性：里氏替換原則鼓勵使用抽象和繼承等面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來設(shè)計系統(tǒng)，這使得系統(tǒng)更容易擴展和適應新的需求變化。優(yōu)點與缺點保證程序的正確性：遵循里氏替換原則可以確保子類型在替換基類型時不會改變程序原有的期望行為，從而保證程序的正確性。01可能導致過多的繼承層次：過度追求里氏替換原則可能導致設(shè)計出過多的繼承層次，增加系統(tǒng)的復雜性?？赡芤氩槐匾某橄螅涸谀承┣闆r下，為了滿足里氏替換原則而引入不必要的抽象可能會增加系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護難度。對開發(fā)人員要求較高：遵循里氏替換原則需要對面向?qū)ο笤O(shè)計和編程有深入的理解和經(jīng)驗，對開發(fā)人員的素質(zhì)要求較高。缺點020304優(yōu)點與缺點實例一假設(shè)有一個基類`Animal`和兩個子類`Dog`和`Cat`，它們都繼承了`Animal`類的`eat()`方法。根據(jù)里氏替換原則，我們應該能夠?qū)⑷魏蝋Animal`類型的對象替換為`Dog`或`Cat`類型的對象，而不會改變程序的期望行為。例如，如果有一個函數(shù)`feedAnimal(Animalanimal)`用于給動物喂食，那么我們可以將這個函數(shù)中的`Animal`對象替換為`Dog`或`Cat`對象，而不需要修改函數(shù)的代碼。實例二考慮一個更復雜的例子，其中有一個基類`Shape`和兩個子類`Rectangle`和`Circle`，它們分別表示矩形和圓形。`Shape`類有一個方法`getArea()`用于計算形狀的面積。根據(jù)里氏替換原則，我們應該能夠?qū)⑷魏蝋Shape`類型的對象替換為`Rectangle`或`Circle`類型的對象，而不會改變程序的期望行為。例如，如果有一個函數(shù)`calculateTotalArea(List<Shape>shapes)`用于計算一組形狀的總面積，那么我們可以將這個函數(shù)中的`Shape`對象替換為`Rectangle`或`Circle`對象，而不需要修改函數(shù)的代碼。這個例子展示了里氏替換原則在處理復雜的多態(tài)性時的優(yōu)勢。實例分析05依賴倒置原則在實踐中，依賴倒置原則通常通過接口或抽象類來實現(xiàn)。高層模塊依賴于抽象接口或抽象類，而低層模塊實現(xiàn)這些接口或抽象類。依賴倒置原則（DependencyInversionPrinciple，DIP）是面向?qū)ο缶幊讨械囊环N設(shè)計原則，它指導我們?nèi)绾卧O(shè)計可維護、可擴展和可復用的代碼。依賴倒置原則的核心思想是：高層模塊不應該依賴于低層模塊，它們都應該依賴于抽象；抽象不應該依賴于細節(jié)，細節(jié)應該依賴于抽象。定義與解釋優(yōu)點與缺點優(yōu)點02提高代碼的可維護性和可擴展性。由于高層模塊依賴于抽象，因此當?shù)蛯幽K的實現(xiàn)發(fā)生變化時，只要抽象保持不變，高層模塊就不需要修改。03促進代碼的復用。通過定義通用的抽象接口或抽象類，可以實現(xiàn)代碼的復用，減少重復代碼。01降低耦合度。依賴倒置原則要求高層模塊和低層模塊都依賴于抽象，從而降低了它們之間的耦合度。優(yōu)點與缺點缺點增加了代碼的復雜性。使用依賴倒置原則需要定義額外的接口或抽象類，這可能會增加代碼的復雜性?？赡芤脒^多的抽象層次。過度使用依賴倒置原則可能會導致過多的抽象層次，使得代碼難以理解和維護。010203優(yōu)點與缺點以一個簡單的例子來說明依賴倒置原則的應用。假設(shè)我們有一個MessageSender類，用于發(fā)送消息。如果我們直接依賴于具體的消息發(fā)送實現(xiàn)（如EmailSender或SmsSender），那么當實現(xiàn)發(fā)生變化時，我們需要修改MessageSender類的代碼。為了遵循依賴倒置原則，我們可以定義一個MessageSenderInterface接口，并讓具體的消息發(fā)送實現(xiàn)類實現(xiàn)該接口。這樣，MessageSender類就可以依賴于MessageSenderInterface接口，而不是具體的實現(xiàn)類。當實現(xiàn)發(fā)生變化時，只要接口保持不變，MessageSender類就不需要修改。實例分析06接口隔離原則定義與解釋接口隔離原則（InterfaceSegregationPrinciple,ISP）：客戶端不應該依賴它不需要的接口；或者說，一個類對另一個類的依賴性，應當是最小的。該原則指導我們將臃腫龐大的接口拆分成更小的、更具體的接口，客戶端只需要知道它們感興趣的方法即可。降低了類之間的耦合度，提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。缺點在某些情況下，可能難以確定如何合理地拆分接口。優(yōu)點使得客戶端更加靈活，可以根據(jù)需要選擇實現(xiàn)特定的接口。過度的接口拆分可能導致接口數(shù)量過多，增加系統(tǒng)的復雜性。010203040506優(yōu)點與缺點以一個圖形繪制系統(tǒng)為例，假設(shè)有一個`Drawable`接口，其中包含了`drawCircle()`、`drawRect()`、`drawLine()`等多個方法。如果有一個類`Circle`只需要實現(xiàn)`drawCircle()`方法，那么它就需要實現(xiàn)整個`Drawable`接口，這顯然是不合理的。根據(jù)接口隔離原則，我們可以將`Drawable`接口拆分成`CircleDrawable`、`RectDrawable`和`LineDrawable`等多個更具體的接口，每個接口只包含一個方法。這樣，`Circle`類只需要實現(xiàn)`CircleDrawable`接口即可，降低了類之間的耦合度。實例分析07迪米特法則迪米特法則（LawofDemeter）：也稱為最少知道原則（LeastKnowledgePrinciple），是指一個對象應當對其他對象保持最少的了解，即只與直接的朋友通信。直接的朋友：在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計中，一個類的直接朋友包括以下幾類該類的成員變量。該類的構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。該類的方法參數(shù)。該類的方法返回值。定義與解釋優(yōu)點與缺點010203降低類之間的耦合度，提高系統(tǒng)的可維護性。有利于實現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計目標。優(yōu)點優(yōu)點與缺點提高系統(tǒng)的可復用性，使得類的功能更加獨立。03在某些情況下，嚴格遵守迪米特法則可能導致代碼的可讀性和可理解性降低。01缺點02過度使用迪米特法則可能導致系統(tǒng)產(chǎn)生大量的中介類，增加系統(tǒng)的復雜性。優(yōu)點與缺點010203以一個簡單的電商系統(tǒng)為例，分析迪米特法則的應用用戶（User）類：負責用戶的登錄、注冊等操作。商品（Product）類：負責商品信息的展示和管理。實例分析購物車（Cart）類：負責購物車的添加、刪除、結(jié)算等操作。訂單（Order）類：負責訂單的生成、查詢等操作。在這個系統(tǒng)中，如果用戶想要購買商品，需要將商品添加到購物車中，然后進行結(jié)算生成訂單。根據(jù)迪米特法則，User類只需要與Cart類進行通信，而不需要了解Product類和Order類的具體實現(xiàn)。同樣地，Cart類也只需要與Product類和Order類進行通信，而不需要了解其他類的具體實現(xiàn)。這樣的設(shè)計可以降低類之間的耦合度，提高系統(tǒng)的可維護性和可復用性。實例分析08實踐應用與總結(jié)根據(jù)實際需求選擇適合的設(shè)計模式，以解決特定問題。問題驅(qū)動場景匹配靈活應用將設(shè)計模式與具體場景相結(jié)合，提高設(shè)計的適用性和實用性。不拘泥于模式的固定形式，根據(jù)具體情況進行靈活調(diào)整和優(yōu)化。030201設(shè)計模式的選擇與應用接口隔離原則使用多個專門的接口而不是單一的總接口，降低類之間的耦合度。依賴倒置原則高層模塊不依賴于低層模塊，共同依賴于抽象，提高系統(tǒng)的可移植性和可重用性。里氏