设计模式：面向对象设计原则

作者：wlai
发布：2019-12-01
更新：2025-02-09

一、重新认识（抽象层面的）面向对象

变化是软件复用的天敌！面向对象设计最大的优势是抵御变化！

• （1）理解隔离变化

从宏观层面来看，面向对象的构建方式更能适应软件的变化，能将变化所带来的影响减为最小。

• （2）各司其职

从微观层面来看，面向对象的方式更强调各个类的责任。由于需求变化导致的新增类型不应该影响原来类型的实现——即所谓的各负其责。

• （3）对象是什么？

从语言实现层面来看，对象封装了代码和数据；从规格层面讲，对象是一系列可被使用的公共接口；从概念层面讲，对象是某种拥有责任的抽象

二、面向对象设计原则

2.1 依赖倒置原则（DIP）

（1）高层模块（稳定）不应该依赖于底层模块（变化），二者都应该依赖于抽象（稳定）；

（2）抽象（稳定）不应该依赖于实现细节（变化），实现细节应该依赖于抽象（稳定）；

通过Shape这个抽象来隔离Line和Rect的变化！

2.2 开放封闭原则（OCP）

（1）对扩展开放，对更改封闭

（2）类模块应该是可扩展的，但是不可修改

2.3 单一职责原则（SRP）

（1）一个类应该仅有一个引起它变化的原因

（2）变化的方向隐含着类的责任

当一个类含有几十个成员变量或者方法时，往往说明你所设计的类可能承担了过多的职责。正常设计良好的类不会表现地如此臃肿。

2.4 Liskov替换原则（LSP）

（1）子类必须能够替换它们的基类（IS-A）

（2）继承表达类型抽象

当子类无法替换基类时，应该想一想子类和父类之间是否真的是继承关系？有没有可能它们之间是组合关系？

2.5 接口隔离原则（ISP）

（1）不应该强迫客户程序依赖它们不用的方法

（2）接口应该小而完备

接口应该小而完备意味着不要将不必要的方法暴露给用户程序。

注：C++访问控制修饰符

class Base {
public:
    void func_public(void) {}

private:
    void func_private(void) {}

protected:
    void func_protected(void) {}
};

class Derived : public Base {
public:
    void func1(void) {
        func_public();
        func_protected();
        // func_private();  // 子类中不可访问父类的private方法
    }
};

int main()
{
    Base b;
    b.func_public();
    // b.func_private();   // 类对象中不可访问类的private方法
    // b.func_protected(); // 类对象中不可访问类的protected方法

    Derived d;
    d.func1();
    d.func_public();
    // d.func_private();      // 子类对象中不可访问父类的private方法
    // d.func_protected();    // 子类对象中不可访问父类的protected方法
}

修饰符	类内	子类类内	类对象	子类对象
public	✓	✓	✓	✓
private	✓	×	×	×
protected	✓	✓	×	×

2.6 优先使用对象组合，而不是类继承

（1）类继承通常为“白箱复用”，对象组合通常为“黑箱复用”

（2）继承在某种程度上破坏了封装性，子类父类耦合度过高

（3）而对象组合则要求被组合的对象具有良好定义的外部接口，耦合度低

2.7 封装变化点

（1）使用封装来创建对象之间的分界层，让设计者可以在分界层的一侧进行修改，而不会对另一侧产生不良影响从而实现分界之间的松耦合

2.8 针对接口编程，而不是针对实现编程

（1）不将变量类型声明为某个特定的具体类，而是声明为某个接口

（2）客户程序无需获知对象的具体类型，只需要知道对象所具有的接口

（3）减少系统中各部分的依赖关系，从而实现“高内聚低耦合”的类型设计方案

三、设计模式的分类

从封装变化的角度对设计模式进行分类，有以下几种：

（1）组件协作

• Template Method

• Strategy

• Observer / Event

（2）单一职责

• Decorator

• Bridge

（3）对象创建

• Factory Method

• Abstract Factory

• Prototype

• Builder

（4）对象性能

• Singleton

• Flyweight

（5）接口隔离

• Facade

• Proxy

• Mediator

• Adapter

（6）状态变化

• Memento

• State

（7）数据结构

• Composite

• Iterator

• Chain of

• Responsibility

（8）行为变化

• Command

• Visitor

（9）领域问题

• Interpreter

四、重构以获得模式

面向对象设计模式是“好的面向对象设计”，所谓“好的面向对象设计”指的是那些可以满足“应对变化，提高复用”的设计。

现代软件设计的特征是“需求的频繁变化”。设计模式的要点是“寻找变化的点，然后在变化点处应用设计模式，从而来更好地应对需求的变化”。“什么时候、什么地点应用设计模式”比“理解设计模式结构本身”更为重要。

设计模式的应用不宜先入为主，一上来就使用设计模式是对设计模式的最大误用。没有一步到位的设计模式。敏捷软件开发实践倡导的“Refactoring to Patterns”是目前普遍公认最好的使用设计模式的方法。

重构的关键技法

（1）静态绑定 –> 动态绑定

（2）早绑定 –> 晚绑定

（3）继承 –> 组合

（4）编译时依赖 –> 运行时依赖

（5）紧耦合 –> 松耦合