设计模式 -- 七大原则（五）-- 开闭原则

1 基本介绍

1. 开闭原则（Open Closed Principle，简称OCP）是编程中最基础、最重要的设计原则

2. 一个软件实体如类，模块和函数应该对扩展开放(对提供方)，对修改关闭(对使用方)。用抽象构建框架，用实现扩展细节。

3. 当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。

4. 编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

2 实例

2.1 问题程序

public class Ocp {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用看看存在的问题
        GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor();
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle()); 
        graphicEditor.drawShape(new Circle()); 
        graphicEditor.drawShape(new Triangle());
    }
}

// 这是一个用于绘图的类 [使用方]
class GraphicEditor {
    // 接收 Shape 对象，然后根据 type，来绘制不同的图形
	public void drawShape(Shape s) {
        if (s.m_type == 1) drawRectangle(s);
        else if (s.m_type == 2) drawCircle(s);
        else if (s.m_type == 3) drawTriangle(s);
    }
    // 绘制矩形
    public void drawRectangle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制矩形 ");
    }
    // 绘制圆形
    public void drawCircle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制圆形 ");
    }
	// 绘制三角形
    public void drawTriangle(Shape r) {
        System.out.println(" 绘制三角形 ");
	}
}


// Shape 类，基类
class Shape {
	int m_type;
}

class Rectangle extends Shape {
    Rectangle() {
        super.m_type = 1;
    }
}
class Circle extends Shape {
    Circle() {
   		super.m_type = 2;
    }
}
// 新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
        super.m_type = 3;
    }
}

2.2 改进的思路

        把创建 Shape 类做成抽象类，并提供一个抽象的 draw 方法，让子类去实现即可，这样我们有新的图形种类时，只需要让新的图形类继承 Shape，并实现 draw 方法即可，使用方的代码就不需要修改 -> 满足了开闭原则。

public class Ocp {
    public static void main(String[] args) {
    // 使用看看存在的问题
    	GraphicEditor graphicEditor = new GraphicEditor(); 
        graphicEditor.drawShape(new Rectangle()); 
        graphicEditor.drawShape(new Circle()); 
        graphicEditor.drawShape(new Triangle()); 
        graphicEditor.drawShape(new OtherGraphic());
	}
}


// 这是一个用于绘图的类 [使用方] 
class GraphicEditor {
    // 接收 Shape 对象，调用 draw 方法
    public void drawShape(Shape s) {
        s.draw();
    }
}

// Shape 类，基类
abstract class Shape {
    int m_type;
	public abstract void draw();// 抽象方法
}


class Rectangle extends Shape { 
    Rectangle() {
    	super.m_type = 1;
    }
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(" 绘制矩形 ");
    }
}


class Circle extends Shape {
    Circle() {
        super.m_type = 2;
    }
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(" 绘制圆形 ");
    }
}

// 新增画三角形
class Triangle extends Shape {
    Triangle() {
    	super.m_type = 3;
    }
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(" 绘制三角形 ");
    }
}

// 新增一个图形
class OtherGraphic extends Shape {
    OtherGraphic() {
        super.m_type = 4;
    }
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println(" 绘制其它图形 ");
    }
}                   

3 注意事项

3.1 无法做到完全封闭

• 预测所有变化困难：软件需求总是在不断变化，很难预测所有可能的变化并对其进行封闭，因此需要根据实际情况灵活应用这一原则。
• 修改与扩展平衡：尽管开闭原则倡导对修改封闭，但在实际开发中，人们很难做到100%的封闭。因此，需要在不修改已有稳定代码的前提下，通过扩展来实现新功能。

3.2 良好的抽象是基础

• 创建适当的抽象代价高：创建适当的抽象需要时间和精力，这些抽象也增加了软件设计的复杂性。因此，需要对频繁变化的部分进行抽象，拒绝不成熟的抽象。
• 持续改进抽象：良好的抽象是实现开闭原则的基础，需要不断改进和优化抽象以适应变化。

3.3 注意扩展方式

• 接口与抽象类：通过定义清晰的接口或抽象类，并将具体实现细节隐藏在这些接口或抽象类之后，来保护现有代码不被修改。
• 多态和继承：利用多态和继承创建具有共同特征的子类，并通过重写父类的方法来改变行为，增加系统的灵活性和可扩展性。

3.4 注意封装变化

• 识别变化点：封装那些可能会变化的部分，通过多态和继承等OO技术实现易于扩展的结构。
• 提供扩展点：通过插件、配置文件等方式允许功能的扩展，而无需改动已有的代码。

4 总结

        开闭原则（OCP）是面向对象设计中的一个核心原则，它引导着软件实体如类、模块和函数应该在不修改现有代码的情况下进行扩展。其中核心思想就是对扩展开放，对修改关闭。开闭原则是提高软件系统可维护性和灵活性的重要手段。在实际应用中，应充分考虑需求的变动性，合理使用抽象和设计模式来封装变化，从而有效实现开闭原则。同时，也要注意设计的复杂度和性能影响，以便在保持系统稳定的同时，兼顾开发效率和运行效率。