面向对象的3特征5原则

面向对象的3特征5原则

系列文章

[Head First设计模式]山西面馆中的设计模式——装饰者模式

[Head First设计模式]山西面馆中的设计模式——观察者模式

[Head First设计模式]山西面馆中的设计模式——建造者模式

[Head First设计模式]饺子馆(冬至)中的设计模式——工厂模式

[Head First设计模式]一个人的平安夜——单例模式

[Head First设计模式]抢票中的设计模式——代理模式

引言

今天突然跟朋友谈起设计原则，心里想想面向对象的设计原则与要素都有哪些？掰掰指头算算能说出几个？做了这么久开发，能有几个能说全的？更别说在项目总去使用了。也许，一些设计原则已经成为习惯，比如单一指责，不用说，大家都懂的。这里也总结一下，希望以后多看多想多练。

单一职责原则（Single-Resposibility Principle）

一个类，只有一个引起它变化的原因。应该只有一个职责。每一个职责都是变化的一个轴线，如果一个类有一个一上的职责，这些职责就耦合在了一起。这回导致脆弱的设计。当一个职责发生变化时，可能会影响其它的职责。另外，多个职责耦合在一起，会影响复用性。例如：要实现逻辑和界面的分离。

什么是职责

SRP中，把职责定义为“变化的原因”。如果你能想到N个动机去改变一个类，那么这个类就具有多于一个的职责。这里说的“变化的原因”，只有时机发生时才有意义。可能预测到会有多个原因引起这个类的变化，但这仅仅是预测，并没有真的发生，这个类仍可看作具有单一职责，不需要分离职责。

开放封闭原则（Open-Closed principle）

开放封闭原则是所有面向对象原则的核心。软件设计本身所追求的目标就是封装变化，降低耦合，而开放封闭原则正式对这一目标的最直接体现。其他的设计原则，很多时候是为实现这一目标服务的，例如以Liskov替换原则实现最佳的，正确的继承层次，就能保证不会违反开放封闭原则。

关于开放封闭原则，其核心思想

软件实体应该是可扩展，而不可修改的。也就是说，对扩展是开放的，而对修改是封闭的。

因此，开放封闭原则主要体现在以下两个方面：

对扩展开放，意味着有新的需求或变化时，可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况。

对修改封闭，意味着类一旦设计完成，就可以独立完成其工作，而不要对类进行任何修改。

“需求总是变化的”，“世界上没有一个软件是一成不变的”，这些言论对软件需求是最经典的表白。从中投射出一个关键的意思就是，对于软件设计者来说，必须在不需要对原有系统进行修改的情况下，实现灵活的系统扩展。而如何做到这一点呢？

只有依赖于抽象。实现开放封闭的核心思想就是对抽象编程，而不是对具体编程，因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象，所以对修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和多态机制，可以实现对抽象体的继承，通过覆写其方法来改变固有行为，实现新的扩展方法，所以对于扩展是开放的。这是实施开放封闭原则的基本思路，同是这种机制是建立在两个基本的设计原则的基础上，这就是Liskov替换原则和合成/聚合复用原则。

对于违反这一原则的类，必须进行重构来改善，常用于实现的设计模式主要有Template Method模式和Strategy模式。而封装变化是实现这一原则的重要手段，将经常发生变化的状态封装为一个类。

Liskov替换原则（Liskov-Substituion Principle）

 其核心思想就是：子类必须能够替换其基类。这一思想体现为对继承机制的约束规范，只有子类能够替换基类时，才能保证系统在运行期内识别子类，这是保证继承复用的基础。在父类和子类的具体行为中，必须严格把握继承层次中的关系和特征，将基类替换为子类，程序的行为不会发生任何变化。同时，这一约束反过来则是不成立的，子类可以替换基类，但是基类不一定能替换子类。

 Liskov替换原则，主要着眼于对抽象和多态建立在继承的基础上，因此只有遵循Liskov替换原则，才能保证继承复用是可靠的。实现的方法是面向接口编程：将公共部分抽象为基类接口或抽象类，通过继承抽象类或实现接口，在子类中通过覆写父类的方法实现新的方式支持同样的职责。

Liskov替换原则是关于继承机制的设计原则，违反了Liskov替换原则就必然导致违反开放封闭原则。

Liskov替换原则能够保证系统具有良好的拓展性，同是实现基于多态的抽象机制，能够减少代码冗余，避免运行期的类型判别。

依赖倒置原则（Dependecy-Inversion Principle）

所谓依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）就是要依赖于抽象，不要依赖于具体。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。

面向过程的开发，上层调用下层，上层依赖于下层，当下层剧烈变动时上层也要跟着变动，这就会导致模块的复用性降低而且大大提高了开发的成本。 面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

一个应用中的重要策略决定及业务模型正是在这些高层的模块中。也正是这些模型包含着应用的特性。但是，当这些模块依赖于低层模块时，低层模块的修改将会直接影响到它们，迫使它们也去改变。这种境况是荒谬的。应该是处于高
层的模块去迫使那些低层的模块发生改变。应该是处于高层的模块优先于低层的模块。无论如何高层的模块也不应依赖于低层的模块。而且，我们想能够复用的是高层的模块。通过子程序库的形式，我们已经可以很好地复用低层的模块了。当高层的模块依赖于低层的模块时，这些高层模块就很难在不同的环境中复用。但是，当那些高层模块独立于低层模块时，它们就能很简单地被复用了。这正是位于框架设计的最核心之处的原则。
依赖倒置原则
A.高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，他们都应该依赖于抽象。
B.抽象不应该依赖于具体，具体应该依赖于抽象。

接口隔离原则（Interface-Segregation Principle）

使用多个专门的接口比使用单一的总接口要好。
一个类对另外一个类的依赖性应当是建立在最小的接口上的。
一个接口代表一个角色，不应当将不同的角色都交给一个接口。没有关系的接口合并在一起，形成一个臃肿的大接口，这是对角色和接口的污染。
“不应该强迫客户依赖于它们不用的方法。接口属于客户，不属于它所在的类层次结构。”这个说得很明白了，再通俗点说，不要强迫客户使用它们不用的方法，如果强迫用户使用它们不使用的方法，那么这些客户就会面临由于这些不使用的方法的改变所带来的改变。

分离的手段主要有以下两种：

1、委托分离，通过增加一个新的类型来委托客户的请求，隔离客户和接口的直接依赖，但是会增加系统的开销。

2、多重继承分离，通过接口多继承来实现客户的需求，这种方式是较好的。

三特征

面向对象的三个基本特征是：封装、继承、多态。

封装

隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口，控制在程序中属性的读取和修改的访问级别。
封装途径
封装就是将抽象得到的数据和行为（或功能）相结合，形成一个有机的整体，也就是将数据与操作数据的源代码进行有机的结合，形成“类”，其中数据和函数都是类的成员。
封装的目的是增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只是要通过外部接口，以特定的访问权限来使用类的成员。

封装是实现面向对象程序设计的第一步，封装就是将数据或函数等集合在一个个的单元中（我们称之为类）。被封装的对象通常被称为抽象数据类型。

封装的意义： 　　

封装的意义在于保护或者防止代码（数据）被我们无意中破坏。在面向对象程序设计中数据被看作是一个中心的元素并且和使用它的函数结合的很密切，从而保护它不被其它的函数意外的修改。

　　封装提供了一个有效的途径来保护数据不被意外的破坏。相比我们将数据（用域来实现）在程序中定义为公用的（public）我们将它们(fields)定义为私有的（private）在很多方面会更好。私有的数据可以用两种方式来间接的控制。第一种方法，我们使用传统的存、取方法。第二种方法我们用属性（property）。

　　使用属性不仅可以控制存取数据的合法性，同时也提供了“读写”、“只读”、“只写”灵活的操作方法。

访问修饰符：

private:只有类本身能存取.

protected:类和派生类可以存取.

internal:只有同一个项目中的类可以存取.

protected Internal:是Protected和Internal的结合.

public:完全公开.

继承

继承主要实现重用代码，节省开发时间。

１、C#中的继承符合下列规则：

1. 继承是可传递的。如果C从B中派生，B又从A中派生，那么C不仅继承了B中声明的成员，同样也继承了A中的成员。Object类作为所有类的基类。
2. 派生类应当是对基类的扩展。派生类可以添加新的成员，但不能除去已经继承的成员的定义。
3. 构造函数和析构函数不能被继承。除此之外的其它成员，不论对它们定义了怎样的访问方式，都能被继承。基类中成员的访问方式只能决定派生类能否访问它们。
4. 派生类如果定义了与继承而来的成员同名的新成员，就可以覆盖已继承的成员。但这并不因为这派生类删除了这些成员，只是不能再访问这些成员。
5. 类可以定义虚文法、虚属性以及虚索引指示器，它的派生类能够重载这些成员，从而实现类可以展示出多态性。

　　２、new关键字

　　　如果父类中声明了一个没有friend修饰的protected或public方法，子类中也声明了同名的方法。则用new可以隐藏父类中的方法。（不建议使用）

　　３、base关键字

　　　base 关键字用于从派生类中访问基类的成员：

1. 调用基类上已被其他方法重写的方法。        
2. 指定创建派生类实例时应调用的基类构造函数。

多态

１、多态：同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果。在运行时，可以通过指向基类的指针，来调用实现派生类中的方法。

　　编译时的多态性：
　　编译时的多态性是通过重载来实现的。对于非虚的成员来说，系统在编译时，根据传递的参数、返回的类型等信息决定实现何种操作。 
　　运行时的多态性：
　　运行时的多态性就是指直到系统运行时，才根据实际情况决定实现何种操作。C#中，运行时的多态性通过虚成员实现。 
　　编译时的多态性为我们提供了运行速度快的特点，而运行时的多态性则带来了高度灵活和抽象的特点。

 　　２、实现多态：

1. 接口多态性。        
2. 继承多态性。        
3. 通过抽象类实现的多态性。

　　３、override关键字：

　　　重写父类中的virtual修饰的方法，实现多态。

参考：

设计原则：百度百科，Head First设计模式

三特征：http://www.cnblogs.com/mountain-mist/articles/1214996.html

总结

这里虽然很基础的东西，在总结的过程中，一直在思考，自己在项目有没有违反哪一原则？不断思考+不断重构+不断摸索=成长。从网上搜集了一部分，记录在此，方便回顾。

结构型模式之组合模式

 

定义：组合模式(CompositePattern)，将对象组合成树形结构以表示“部分—整体”的层次结构。“Composite”使得用户对单个对象和对组合对象的使用具有一致性。

类型：结构型模式。

类图：

参与者：

1. Computer，客户端，选择是否添加USB设备。

2. USBDevice，所有USB设备的抽象类，提供USB设备的基本通信接口。

3. USBMouse，单个对象，没有子部件。

4. USBHub，也即Composite组合对象，可能存在多个子部件。

适用性：

         无论是单个对象还是组合对象，用户都希望使用统一接口来控制，这种情况下适合组合模式。

概述：

        组合模式给人的感觉很像树干树枝的结构，再一想，其实和USB拓扑结构图也一样(见下图)。主机，可以看作是Client，Hub1可以看作是组合对象，包括两个USB设备以及一个新的组合设备Hub2.

 

       无论是USB设备还是USBHub，主机都可以通过相同的命令来访问它们。这也正是组合模式要完成的工作。即Client能够通过相同的接口来访问单个设备和组合设备。

示例代码：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;

// 抽象接口
class CUSBDevice
{
public:
    virtual ~CUSBDevice(){}
    virtual void Add(CUSBDevice* _pDev){}
    virtual void Remove(CUSBDevice* _pDev){}
    virtual void Transmit(){}
    virtual int GetChild(){return 0;}
};

// 单一个对象，不能添加新部件
class CUSBMouse : public CUSBDevice
{
public:
    virtual void Transmit()
    {
        cout<<"传递鼠标移动点击信息"<<endl;
    }
};

// 组合对象，可以添加多个新部件
class CUSBHub : public CUSBDevice
{
public:
    virtual void Add(CUSBDevice* _pDev)
    {
        m_listDev.push_back(_pDev);
    }

    virtual void Remove(CUSBDevice* _pDev)
    {
        m_listDev.remove(_pDev);
    }

    virtual void Transmit()
    {
        cout<<"传输USBHub信息"<<endl;
    }

    virtual int GetChild()
    {
        return m_listDev.size();
    }
private:
    list<CUSBDevice*> m_listDev;
};

 
// 电脑主机先接了一个HubA，HubA再接了一个USB鼠标以及又一个USBHubB
// USBHubB又接一个USB鼠标

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    // 先建立一个USBHub
    CUSBHub hubA;
    CUSBDevice* pUSBMA = new CUSBMouse;
    hubA.Add(pUSBMA);

    // USBHubB
    CUSBDevice* pUSBHubB = new CUSBHub;
    CUSBDevice* pUSBMB = new CUSBMouse;
    pUSBHubB->Add(pUSBMB);
    hubA.Add(pUSBHubB);

    // 移除设备
    if (pUSBMA->GetChild() > 0)
    {
        cout<<"移除设备"<<endl;
    }

    delete pUSBMA;
    delete pUSBMB;
    delete pUSBHubB;

    return 0;
}

 

注意：抽象基类的析构函数一定要是虚函数，否则内存释放的时候会有问题。

优缺点：

1. 优点，能够非常灵活地添加单个部件以及组合部件，不用区别对待单个对象以及组合对象。

参考资料：

1. 《设计模式——可复用面向对象软件基础》
2. 《Java与模式》

3. 《大话设计模式》

 

 

分类:  Design Pattern