设计原则总结

2023-08-05 18:04 由 Zijian/TENG 发表于 #软件设计

封装变化
针对接口编程，不针对实现编程
多用组合(has-a)，少用继承(is-a)
为交互对象之间的松耦合设计而努力
最少知识原则 LKP / 迪米特法则 Law of Demeter
好莱坞原则
SOLID 原则
- 单一职责原则 SRP
- 开放关闭原则 OCP
- 里氏替代原则 LSP
- 接口隔离原则 ISP
- 依赖倒置原则 DIP
DRY 原则
KISS 原则

封装变化

找出应用中需要经常变化的部分，把他们独立出来，改变这部分代码不影响其他部分。这几乎是每个设计模式背后的精神所在，即系统中某部分的改变不影响其他部分。

针对接口编程，不针对实现编程

针对接口编程，关键在于多态。变量/成员/形参的声明应该是抽象类/接口类/父类，即所有的代码操作的都是父类/接口类/抽象类（如 Animal），只会在一处会涉及到具体类（如 Cat 或 Dog），那就是在用 new 实例化具体子类对象时，而这部分代码最好也用工厂封装起来，这样甚至可以在运行时动态实例化不同的子类对象。

针对实现编程 👎	针对接口编程 👍	针对接口编程 + 工厂 👍👍
Dog d = new Dog(); d.bark();	Animal a = new Dog(); a.makeSound();	Animal a = getAnimal(); a.makeSound();

多用组合(has-a)，少用继承(is-a)

继承和组合都可以实现代码复用，但组合比继承更灵活，可运行时改变行为/属性。例如下面的游戏战车，采用组合可以在运行时动态地通过 setWeapon() 来切换武器，而继承是在编译时静态决定子类行为，则没有这种灵活性。

继承(is-a) 👎	组合(has-a) 👍

为交互对象之间的松耦合设计而努力

例如观察者模式使得观察者（Listener）和被观察者（Subject）之间是松耦合的。被观察者（Subject）不知道观察者的细节，只知道观察者实现了 Listener 接口（如 update()），只要他们之间的接口不变，就可以自由地改变一方而不影响另一方。

最少知识原则 / 迪米特法则

最少知识原则（LKP, Least Knowledge Principle）也被称为迪米特法则（Law of Demeter）。其目的是减少对象之间的交互和类之间的依赖，不要让太多的类耦合在一起，避免修改一部分影响到另一部分。

为了避免依赖过多的类，在 Foo 类的方法 func(Bar bar) 中只应该调用：

Foo 类自身的方法/成员函数
Foo 类成员的方法
参数 bar 的方法
func()中创建的对象的方法

应避免调用由另一个方法返回的对象的方法，即避免像下面这样连续的函数调用：

// 👎 依赖 Station、Thermometer 类
float getTemp() {
  return station.getThermometer().getTemperature();
}

// 👍 只依赖 Station 类
float getTemp() {
  return station.getTemperature();
}

外观模式是该原则的体现。Facade 封装了复杂的子系统，提供了统一、简单的高层接口， Client 只和 Facade 进行交互，避免了 Client 和子系统的紧耦合。

缺点：需要额外的包装类，增加复杂度，降低运行时性能。

好莱坞原则

允许低层组件将自己挂钩（hook）到系统上，但是高层组件决定什么时候和怎样使用这些低层组件（即高层组件对待低层组件的方式是：Don't call me, I'll call you）。一个典型例子是模版方法模式：

class Drink {
public:
    void makeDrink() final
    {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }
    
    void boilWater() {...}
    virtual void brew() = 0;
    void pourInCup() {...}
    virtual void addCondiments() = 0;
};

高层组件 Drink 的 makeDrink() 方法控制着饮料制作方法流程。低层组件 Tea/Coffee 通过 override brew()/addCondiments() 方法可以将自己 hook 到系统上，从而改变最终的行为。高层组件控制着何时、如何让低层组件参与，低层组件不可以直接调用高层组件。客人只依赖 Drink 类，而不依赖具体的 Tea/Coffee 类。

此外，工厂方法、观察者等模式也遵循了该原则：如工厂方法子类决定如何创建具体对象、低层的 Listener 把自己添加到高层被观察者的 Listener 列表中等。特别地，标准库中的很多算法也是该原则的体现：例如用标准库 sort 算法对自定义类的对象进行排序，需要传入一个可调用对象（比较函数/lambda）。

思考：和依赖倒置原则的关系？

SOLID 原则

这是最著名的 5 个设计原则，在《整洁架构之道》的第三部分的学习笔记中再次详细介绍这 5 个原则。

单一职责原则 SRP
开放关闭原则 OCP
里氏替代原则 LSP
接口隔离原则 ISP
依赖倒置原则 DIP

单一职责原则 SRP

Just because you can doen't mean you should.

类应该只有一个改变的理由。这背后的原因是每次修改代码可能产生潜在的错误。一个类只做一件事的时候，更容易实现高内聚；反之，如果一个类支持多个不相关的功能时，通常是低内聚的。当项目中经常由于不同的原因修改一个类的时候，或者负责不同业务的两个团队经常需要修改同一个文件，则是时候考虑单一职责原则了。

开放关闭原则 OCP

类应该对扩展开放，对修改关闭。扩展新功能只需新增代码，而不需要修改现有代码，减少 code review 的工作量及意外引入 bug 的可能性

例子

观察者模式中，增加新的观察者不需要改变被观察者代码
除了观察者模式之外，装饰者模式也是该原则的体现
一个比较典型的违反 OCP 的例子是 switch/case：代码中有多处相同的 switch，每当需要增加一个新的 case 时，需要到处修改

注意

开放关闭原则需要引入新的抽象层，增加代码的复杂度
没有必要（也做不到）让系统的每个部分都遵循开放关闭原则，这是一种浪费
应该把精力放在最可能改变的地方

里氏替代原则 LSP

需要父类的地方都可以用子类替代。其背后的目的是希望组件之间可以任意替换。

接口隔离原则 ISP

一个接口中有几十个方法，但客户 A。可能只需要其中的几个方法，而另一个客户 B 可能需要另外几个方法。臃肿的接口使得两个客户之间产生耦合，为客户 A 修改的某些方法也会影响到客户 B，即使客户 B 并没有用到这些方法。

依赖倒置原则 DIP

依赖倒置原则的另一种表达方式是：要依赖抽象，不要依赖具体类。和“针对接口编程，不针对实现编程”很相似，但这里更强调抽象。高层策略性代码不应该依赖低层实现细节代码，两者都应该依赖抽象。抽象也可以看作是高层策略的一部分，即低层细节实现应该依赖高层。控制流方向往往都是从高层到低层，而依赖倒置，是将源码的依赖关系反转，在源码级别上使得低层代码依赖高层策略。这一点对于软件架构来说尤为重要，《架构整洁之道》的第三部分深入地讨论了这一点。

依赖倒置指导方针

变量不可以持有具体类的引用——改用工厂，避免直接使用 new 持有具体类的引用（new 具体类的操作都封装到工厂中）
不要让类派生自具体类——派生自抽象类或接口，这样就不依赖具体类了
不要覆盖基类中已经实现的方法——如果这样，说明不是一个真正适合被继承的抽象

DRY 原则

Don't Repeat Yourself 不要重复。重复是一切邪恶的根源。许多原则、最佳实践都是为了消除重复。

KISS 原则

Keep It Simple and Stupid 保持简单。不要本末倒置，简单的事情简单做！不要过度设计，不要把简单的事情搞复杂！

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