用现实生活中实例解释说明设计模式六大基本原则

• 2021 年 9 月 14 日
• 筆記
• 设计模式

设计模式分类

• 创建型模式

  用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。GoF（四人组）书中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。

• 结构型模式

  用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，GoF（四人组）书中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。

• 行为型模式

  用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。GoF（四人组）书中提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。

软件设计原则

​ 在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，需要使用接口和抽象类。因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

以博客园主题为例介绍开闭原则的应用：

用户可以根据自己的喜爱更换自己的博客园主题。这些主题有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（Theme），而每个具体的主题×××Theme是其子类。用户可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

里氏替换原则

里氏替换原则（The Liskov Substitution Principle，LSP）是由Barbara Liskov女士于1988年提出的，其定义为：“如果对于类型S的每个对象O1存在类型T的对象O2，那么对于所有定义了T的程序P来说，当用O1替换 O2并且S是T的子类型时，P的行为不会改变”。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。里氏代换原则是对开闭原则的补充，原则上讲子类对象介绍给父类对象，也可以说子类替换父类，并且出现在父类能够出现的任何地方代替父类对象

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

里氏替换——鸵鸟非鸟

这里我们以另一个理解里氏替换原则的经典例子“鸵鸟非鸟”来做示例。生物学中对于鸟类的定义是“恒温动物，卵生，全身披有羽毛，身体呈流线形，有角质的喙，眼在头的两侧。前肢退化成翼，后肢有鳞状外皮，有四趾”。从生物学角度来看，鸵鸟肯定是一种鸟，是一种继承关系。A需求期望鸟类提供与飞翔有关的行为，即使鸵鸟跟普通的鸟在外观上就是100%的相像，但在A需求范围内，鸵鸟在飞翔这一点上跟其它普通的鸟是不一致的，它没有这个能力，所以，鸵鸟类无法从鸟类派生，鸵鸟不是鸟。B需求期望鸟类提供与羽毛有关的行为，那么鸵鸟在这一点上跟其它普通的鸟一致的。虽然它不会飞，但是这一点不在B需求范围内，所以，它具备了鸟类全部的行为特征，鸵鸟类就能够从鸟类派生，鸵鸟就是鸟。从A来看，鸵鸟和鸟之间的继承关系又可能不成立。那么，鸵鸟和鸟之间到底是不是继承关系如何判断呢？这需要根据用户需求来判断。

如果父类A和子类B之间的关系违反了里氏替换原则，那么A和B就不适合设计为继承关系。我们就要重新设计二者之间的关系。设计方案有两种，需要根据具体情况进行选择：

• 创建一个新的抽象类或者接口，作为两个具体类的基类。将具体类A和B的共同行为转移到C中，从而解决A和B行为不一致的问题。

• 将B到A的继承关系改为委托关系。具体参考组合/聚合复用原则。

依赖倒转原则

针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

依赖倒转——组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。如果组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

根据依赖倒转原则进行改进：我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

接口隔离原则

使用多个隔离的接口，而非单个接口；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

接口隔离——空调

一般空调具有制冷制热的功能，而有的单冷式空调只有制冷功能，如果只有制冷制热一个接口，则违背了接口隔离原则。此时应该抽象出制冷制热两个接口，而不是只抽象出制冷制热这一个接口。

迪米特法则

最少知道原则是指：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。

其含义是：如果两个实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

迪米特法则——演员与经纪人的关系

演员由于活动繁忙，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝见面会，安排档期。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

合成复用原则

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

1. 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
2. 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
3. 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

1. 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。

2. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。

3. 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

   合成复用原则——网球拍

网球拍有铝和碳两种结构，又有多种颜色，如果在抽象类网球拍中同时定义颜色和结构，则会衍生出红色铝结构网球拍，蓝色铝结构网球拍，红色碳结构网球拍，蓝色碳结构网球拍等等，我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的结构或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。可以只在抽象类中保留结构属性，新建一个颜色接口，让自类实现不同的颜色接口。