第2章 面向对象设计原则
了解并应用面向对象的设计原则
了解并应用面向对象的设计原则面向对象的设计原则是一系列的指导原则和规范，用于指导面向对象的软件设计过程。
这些原则可以帮助开发人员设计出易于理解、灵活、可扩展和可维护的软件系统。
下面将介绍并应用五个常用的面向对象的设计原则。
1.单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）：一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因。
这个原则强调每个类应该只负责一项职责或功能。
如果一个类承担了过多的职责，那么它将变得难以维护和扩展。
例如，一个学生类应该只包含与学生相关的属性和方法，不应该处理与课程安排或成绩管理相关的功能。
2.开放封闭原则（Open-Closed Principle，OCP）：软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。
这意味着在修改软件实体时，不应该修改已有的代码，而是应该通过扩展其功能来实现变化。
通过遵循这个原则，可以使软件系统更加稳定，并且容易进行功能扩展。
例如，通过使用接口和抽象类，可以在不修改已有代码的情况下，通过新增实现来扩展功能。
3.里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）：子类型必须能够替换它们的父类型。
这个原则强调子类必须能够完全替代父类，并且不会影响程序的正确性。
任何可以接受父类型对象的地方，都可以使用子类型对象来替代。
如果一个子类需要修改父类的方法实现，那么它违反了里氏替换原则。
通过遵循这个原则，可以使软件系统具有良好的可扩展性和可维护性。
4.依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）：高层模块不应该依赖于低层模块，它们应该依赖于抽象。
这个原则强调模块之间的依赖关系应该通过抽象来实现，而不是具体的实现。
高层模块和低层模块都应该依赖于抽象，从而实现了解耦和灵活性。
通过依赖注入和面向接口编程，可以实现依赖倒置原则。
5.接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）：客户端不应该依赖于它不需要的接口。
面向对象设计原则
正如牛顿三大定律在经典力学中的位置一样，“开-闭”原则（Open-Closed Principle）是面向对象的可复用设计（Object Oriented Design或OOD）的基石。
其他设计原则（里氏代换原则、依赖倒转原则、合成/聚合复用原则、迪米特法则、接口隔离原则）是实现“开-闭”原则的手段和工具。
一、“开-闭”原则（Open-Closed Principle,OCP） 1.1“开-闭”原则的定义及优点1）定义：一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭( Software entities should be open for extension,but closed for modification.)。
即在设计一个模块的时候，应当使这个模块可以在不被修改的前提下被扩展。
2）满足“开-闭”原则的系统的优点a)通过扩展已有的软件系统，可以提供新的行为，以满足对软件的新需求，使变化中的软件系统有一定的适应性和灵活性。
b)已有的软件模块，特别是最重要的抽象层模块不能再修改，这就使变化中的软件系统有一定的稳定性和延续性。
c)这样的系统同时满足了可复用性与可维护性。
正如牛顿三大定律在经典力学中的位置一样，“开-闭”原则（Open-Closed Principle）是面向对象的可复用设计（Object Oriented Design或OOD）的基石。
其他设计原则（里氏代换原则、依赖倒转原则、合成/聚合复用原则、迪米特法则、接口隔离原则）是实现“开-闭”原则的手段和工具。
一、“开-闭”原则（Open-Closed Principle,OCP）1.1“开-闭”原则的定义及优点1）定义：一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭( Software entities should be open for extension,but closed for modification.)。
即在设计一个模块的时候，应当使这个模块可以在不被修改的前提下被扩展。
软件研发中的面向对象设计原则
软件研发中的面向对象设计原则软件研发中的面向对象设计原则是指在开发过程中遵循的一系列规则和指导原则，旨在提高软件的质量、可维护性和可扩展性。
面向对象设计原则强调对象、类和其关系的重要性，通过合理的设计思路和方法来构建可靠且易于理解的软件系统。
本文将介绍软件研发中的面向对象设计原则，并探讨其在实际开发中的应用。
一、单一责任原则(Single Responsibility Principle)单一责任原则是面向对象设计中的基本原则之一，它要求一个类或模块只负责一项职责。
这意味着每个类应该有且只有一个引起变化的原因。
如果一个类承担了过多的职责，那么在需求变更时就会导致该类的变更风险增加，也会影响其他依赖于该类的模块。
因此，遵循单一责任原则可以提高代码的可维护性和可测试性。
在实际开发中，我们可以通过将职责聚合到不同的类中来遵循单一责任原则。
例如，在一个订单系统中，我们可以将订单管理和库存管理的职责分别分配给不同的类，以降低耦合度和提高系统的灵活性。
二、开闭原则(Open-Closed Principle)开闭原则是指软件实体(类、模块、函数等)应该对扩展开放，对修改关闭。
这意味着软件实体应该可以在不修改原有代码的情况下进行扩展。
通过遵循开闭原则，我们可以使系统更加稳定，更容易应对需求的变化。
在面向对象设计中，我们可以通过使用抽象类、接口和多态来遵循开闭原则。
通过定义抽象的接口或父类，我们可以让具体的子类实现不同的行为，从而实现对系统的扩展。
三、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)里氏替换原则是指任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现，并且替换为子类不会对程序的正确性产生影响。
简单来说，子类应该能够替换掉父类并且可以正常工作，而不会引起意外或错误。
遵循里氏替换原则对于实现面向对象设计的继承关系非常重要。
通过遵循该原则，我们可以确保子类在替换父类时不会破坏程序的正确性，同时提高代码的可复用性。
面向对象分析设计原则
一、单一职责原则（ＳＲＰ）就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。
软件设计真正要做的许多内容，就是发现职责并把那些职责相互分离。
测试驱动的开发实践常常会在设计出现臭味之前就迫使我们分离职责。
二、开闭原则（ＯＣＰ）软件实体（类、模块、函数）应该是可扩展的，但是不可修改的。
也就是说：对于扩展是开放的，对于更改是封闭的。
怎样可能在不改动模块源代码的情况下去更改它的行为呢？怎样才能在无需对模块进行改动的情况下就改变它的功能呢？关键是抽象！因此在进行面向对象设计时要尽量考虑接口封装机制、抽象机制和多态技术。
该原则同样适合于非面向对象设计的方法，是软件工程设计方法的重要原则之一。
三、替换原则（ＬＳＰ）子类应当可以替换父类并出现在父类能够出现的任何地方。
这个原则是Liskov于1987年提出的设计原则。
它同样可以从Bertrand Meyer 的DBC (Design by Contract〔基于契约设计〕) 的概念推出。
四、依赖倒置原则（ＤＩＰ）１、高层模块不应该依赖于低层模块。
二者都应该依赖于抽象。
２、抽象不应该依赖于细节。
细节应该依赖于抽象。
在进行业务设计时，与特定业务有关的依赖关系应该尽量依赖接口和抽象类，而不是依赖于具体类。
具体类只负责相关业务的实现，修改具体类不影响与特定业务有关的依赖关系。
在结构化设计中，我们可以看到底层的模块是对高层抽象模块的实现（高层抽象模块通过调用底层模块），这说明，抽象的模块要依赖具体实现相关的模块，底层模块的具体实现发生变动时将会严重影响高层抽象的模块，显然这是结构化方法的一个"硬伤"。
面向对象方法的依赖关系刚好相反，具体实现类依赖于抽象类和接口。
五、接口分离原则（ＩＳＰ）采用多个与特定客户类有关的接口比采用一个通用的涵盖多个业务方法的接口要好。
ISP原则是另外一个支持诸如COM等组件化的使能技术。
缺少ISP，组件、类的可用性和移植性将大打折扣。
掌握并应用面向对象设计的原则
掌握并应用面向对象设计的原则面向对象设计（Object Oriented Design，简称OOD）是软件开发中的一种设计思想和方法，它强调将真实世界中的问题抽象为对象，并通过对象间的交互实现功能。
面向对象设计的原则是指在进行面向对象设计时应该遵循的一些基本准则，它们有助于提高代码的可维护性、可扩展性和可复用性。
本文将介绍几个掌握并应用面向对象设计的原则。
一、单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）单一职责原则是指一个类应该只有一个引起它变化的原因。
换句话说，一个类应该只负责一项任务或功能。
这样做的好处是当需求变化时，只需要修改与变化相关的类，而不会影响其他类的代码。
这样可以提高代码的可维护性和可复用性。
举例来说，我们有一个名为"Student"的类，它负责管理学生的信息和成绩。
如果我们将学生的成绩计算功能也放在这个类中，那么当成绩计算规则发生变化时，我们就需要修改"Student"类的代码。
为了遵循单一职责原则，我们应该将成绩计算封装在一个独立的类中，而"Student"类只负责管理学生的信息。
二、开放封闭原则（Open Closed Principle，OCP）开放封闭原则是指一个软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改封闭。
换句话说，应该通过扩展现有代码的方式来适应新的需求，而不是修改已有的代码。
这样可以降低代码的风险，减少引入新问题的可能性。
为了遵循开放封闭原则，我们可以利用继承、接口、多态等特性编写可扩展的代码。
例如，我们有一个名为"Shape"的基类，它具有一个计算面积的方法。
当我们需要添加一个新的形状时，只需创建一个新的子类，并重写计算面积的方法即可，而无需修改已有的代码。
三、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）里氏替换原则是指子类对象能够替换其父类对象，而程序的行为不发生变化。
面向对象设计的三大原则,理解并能举例
面向对象设计的三大原则，理解并能举例
面向对象编程设计有三大原则，分别是封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）。
1. 封装（Encapsulation）：封装是将数据和相关行为（方法）
组合在一个类中，以实现隐藏内部实现细节的原则。
通过封装，可以将一组数据和对它们的操作封装在一个类中，对外部只暴露必要的接口，隐藏了实现的细节，提高了代码的安全性和可维护性。
例如，一个汽车类可以封装了颜色、品牌、速度等变量和加速、刹车等方法，对外只提供加速和刹车的接口，而隐藏了内部细节。
2. 继承（Inheritance）：继承是指创建一个新类（子类）从已
有的类（父类）中继承属性和方法的过程。
子类可以通过继承父类的特性来扩展和增强功能，并且可以重用已有的代码。
例如，有一个动物类，定义了一些公共属性和方法，然后创建了狗类和猫类继承动物类，狗类和猫类就可以共享动物类的一些功能，同时可以根据需要添加自己的特定功能。
3. 多态（Polymorphism）：多态是指同一类对象在不同情况下
可以表现出不同的行为。
对象多态性使用继承和接口实现，通过动态绑定和方法重写，允许不同的对象对同一个方法做出不同的响应。
例如，一个动物类中有一个叫声的方法，猫类和狗类都继承了动物类，并重写了叫声的方法，当通过调用叫声方法时，猫和狗的叫声不同，实现了多态性。
这三个原则是面向对象设计的基石，有助于实现代码的可重用性、可扩展性和灵活性。
面向对象程序设计之设计原则与方法
面向对象程序设计之设计原则与方法面向对象程序设计是一种先进的程序设计范式，关键在于建立一个具有自主行为和自我描述能力的程序体系结构，它可以非常自然的模拟现实世界中的对象和关系，提升程序的可读性、可扩展性和可维护性，其重要性不言而喻。
在面向对象的程序设计中，设计原则和设计方法是非常重要的，以下是我对其的理解和分析。
一、设计原则设计原则是设计过程中最重要的指导方针。
它可以帮助开发人员做出更好的设计决策，确保程序具有高内聚性和低耦合性，以此提高程序的可扩展性、可维护性和可重用性。
下面是一些常用的面向对象设计原则：1. 单一职责原则（Single Responsibility Principle，SRP）单一职责原则是指一个类、模块或者函数只负责一项任务。
这样做可以降低类的复杂度，提高代码的可读性，方便代码的维护和修改。
2. 开放-封闭原则（Open-Closed Principle，OCP）开放-封闭原则是指一个软件实体（类、模块或函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。
也就是说，在不修改现有代码的情况下，可以通过增加新的代码来扩展软件的功能。
3. 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）里氏替换原则是指如果一个软件实体使用了另一个软件实体，那么它们应该是可以互换的。
也就是说，子类可以替换父类出现在程序中的任何地方，并保证程序的功能正确性。
4. 依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）依赖倒置原则是指高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖抽象。
同时，抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。
这样做可以降低模块之间的耦合度，提高代码的可维护性和可重用性。
5. 接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）接口隔离原则是指一个类不应该依赖一个它不需要的接口。
也就是说，一个接口应该只提供它的客户端需要的方法，而不应该强迫它们实现它们不需要的方法。
面向对象设计的基本原则和模式
面向对象设计的基本原则和模式面向对象设计是一种软件开发的方法论，它将现实世界中的事物抽象成对象，然后通过对象之间的交互来完成软件系统的设计和开发。
面向对象设计的基本原则和模式是其核心，它们是设计和开发高质量、可维护、可扩展软件系统的基石。
本文将会首先介绍面向对象设计的基本原则，然后再介绍面向对象设计的基本模式。
一、面向对象设计的基本原则面向对象设计的基本原则是一些通用的、普遍适用的软件设计规则，它们有助于设计出高质量、可维护、可扩展的软件系统。
下面是面向对象设计的基本原则：1.单一责任原则(SRP)单一责任原则是面向对象设计的一个基本原则，它规定一个类应该只有一个引起它变化的原因。
换句话说，一个类应该只有一个职责。
这样可以降低类的复杂度，使得类更容易理解、维护和重用。
2.开放-封闭原则(OCP)开放-封闭原则是指一个软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改封闭。
这意味着当需要改变一个软件实体的行为时，不应该修改它的源代码，而是应该通过扩展它来实现。
3.里氏替换原则(LSP)里氏替换原则是指一个子类型（派生类）必须能够替换掉它的父类型（基类）而不影响系统的功能性和可靠性。
这意味着一个接口实现的任何地方都可以被子类型替换。
4.依赖倒置原则(DIP)依赖倒置原则是指高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。
具体来说就是，抽象不应该依赖于细节，而细节应该依赖于抽象。
5.接口隔离原则(ISP)接口隔离原则是指一个类不应该依赖它不需要的接口，换句话说，一个类应该尽可能多地使用它所需要的接口，而不是多余的接口。
6.迪米特原则(LoD)迪米特原则是指一个对象应该尽可能少地了解其他对象，它应该只与其直接的朋友通信。
这可以降低对象之间的耦合度，使得系统更易于维护和扩展。
以上就是面向对象设计的基本原则，它们是设计和开发高质量、可维护、可扩展软件系统的重要指导。
下面我们将介绍面向对象设计的基本模式。
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单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针，在很多代码重构 手法中都能找到它的存在，它是最简单但又最难运用的原则，需要 设计人员发现类的不同职责并将其分离，而发现类的多重职责需要 设计人员具有较强的分析设计能力和相关重构经验。
单一职责原则
单一职责原则实例
实例说明
• 某基于Java的C/S系统的“登录功能”通过如下登录类(Login)实现：
里氏代换原则
里氏代换原则实例
实例说明
• 如果需要更换一个加密算法类或者增加并使用一个新的加密算 法类，如将CipherA改为CipherB，则需要修改客户类Client和数 据操作类DataOperator的源代码，违背了开闭原则。 • 现使用里氏代换原则对其进行重构，使得系统可以灵活扩展， 符合开闭原则。
单一职责原则
单一职责原则分析
一个类（或者大到模块，小到方法）承担的职责越多，它被复用的 可能性越小，而且如果一个类承担的职责过多，就相当于将这些职 责耦合在一起，当其中一个职责变化时，可能会影响其他职责的运 作。 类的职责主要包括两个方面：数据职责和行为职责，数据职责通过 其属性来体现，而行为职责通过其方法来体现。
开闭原则
开闭原则分析
抽象化是开闭原则的关键。 开闭原则还可以通过一个更加具体的“对可变性封 装原则”来描述，对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation, EVP)要求找到系统 的可变因素并将其封装起来。
开闭原则
开闭原则实例
实例说明
• 过于脆弱(Fragility) • 复用率低(Immobility)
Robert C.Martin
• 黏度过高(Viscosity)
面向对象设计原则概述
软件的可维护性和可复用性
软件工程和建模大师Peter Coad认为，一个好的系统 设计应该具备如下三个性质：
• 可扩展性(Extensibility) • 灵活性(Flexibility) • 可插入性(Pluggability)
里氏代换原则
里氏代换原则分析
周以真（Jeannette M. Wing），美国计算机科学 家，卡内基.梅隆大学教授， 美国国家自然基金会计算 与信息科学工程部助理部 长，ACM和IEEE会士。
里氏代换原则由2008年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士、麻 省理工学院教授Barbara Liskov和卡内基.梅隆大学Jeannette Wing教 授于1994年提出。其原文如下：Let q(x) be a property provable about objects x of type T. Then q(y) should be true for objects y of type S where S is a subtype of T. 芭芭拉· 利斯科夫（Barbara Liskov），美 国计算机科学家，2008年图灵奖得主， 2004年约翰.冯诺依曼奖得主，美国工程院 院士，美国艺术与科学院院士，美国计算机 协会会士。现任麻省理工学院电子电气与计 算机科学系教授。她是美国第一个计算机科 学女博士。
• 现对该系统进行重构，使之满足开闭原则的要求。
开闭原则
开闭原则实例
实例解析
里氏代换原则
里氏代换原则定义
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)有两种定义方式， 第一种定义方式相对严格，其定义如下：
• 如果对每一个类型为S的对象o1，都有类型为T的对象o2，使得以T定义的所有 程序P在所有的对象o1都代换成o2时，程序P的行为没有变化，那么类型S是类 型T的子类型。
里氏代换原则
里氏代换原则分析
喜欢动物喜欢猫 因为猫是动物
里氏代换原则
里氏代换原则实例
实例说明
• 某系统需要实现对重要数据（如用户密码）的加密处理，在数据操作 类(DataOperator)中需要调用加密类中定义的加密算法，系统提供了两 个不同的加密类，CipherA和CipherB，它们实现不同的加密方法，在 DataOperator中可以选择其中的一个实现加密操作。如图所示：
里氏代换原则
里氏代换原则分析
里氏代换原则可以通俗表述为：在软件中如果能够使用 基类对象，那么一定能够使用其子类对象。把基类都替 换成它的子类，程序将不会产生任何错误和异常，反过 来则不成立，如果一个软件实体使用的是一个子类的话， 那么它不一定能够使用基类。
里氏代换原则是实现开闭原则的重要方式之一，由于使 用基类对象的地方都可以使用子类对象，因此在程序中 尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运行时再确 定其子类类型，用子类对象来替换父类对象。
面向对象设计原则概述
面向对象设计原则简介
常用的面向对象设计原则包括7个，这些原则并不是孤立存在的，它们相 互依赖，相互补充。
设计原则名称 单一职责原则 (Single Responsibility Principle, SRP) 开闭原则 (Open-Closed Principle, OCP) 里氏代换原则 (Liskov Substitution Principle, LSP) 依赖倒转原则 (Dependency Inversion Principle, DIP) 接口隔离原则 (Interface Segregation Principle, ISP) 合成复用原则 (Composite Reuse Principle, CRP) 迪米特法则 (Law of Demeter, LoD) 设计原则简介 类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个类中 软件实体对扩展是开放的，但对修改是关闭的，即在不修改一 个软件实体的基础上去扩展其功能 在软件系统中，一个可以接受基类对象的地方必然可以接受一 个子类对象 要针对抽象层编程，而不要针对具体类编程 使用多个专门的接口来取代一个统一的接口 在系统中应该尽量多使用组合和聚合关联关系，尽量少使用甚 至不使用继承关系 一个软件实体对其他实体的引用越少越好，或者说如果两个类 不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作 用，而是通过引入一个第三者发生间接交互 重要性 ★★★★☆ ★★★★★ ★★★★☆ ★★★★★ ★★☆☆☆ ★★★★☆ ★★★☆☆
• 某图形界面系统提供了各种不同形状的按钮，客户端代码可针对这些 按钮进行编程，用户可能会改变需求要求使用不同的按钮，原始设计 方案如图所示：
LoginForm - button : CircleButton + display () : void LoginForm - button : RectangleButton + display () : void CircleButton + view () : void RectangleButton + view () : void
第2章
面向对象设计原则
刘 伟 weiliu_china@
教材
指定教材：
刘伟. 设计模式. 北京：清华大学出版社, 2刘伟. 设计模式实训教程. 北京：清华大学出版社, 2012.
本章教学内容
面向对象设计原则概述
单一职责原则 开闭原则
单一职责原则
单一职责原则定义
单一职责原则(Single Responsibility Principle, SRP)定义如下： • 一个对象应该只包含单一的职责，并且该职责被完整地封装在一个类 中。 其英文定义为： • Every object should have a single responsibility, and that responsibility should be entirely encapsulated by the class. 另一种定义方式如下： • 就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。 其英文定义为： • There should never be more than one reason for a class to change.
其英文定义为：
• Software entities should be open for extension, but closed for modification.
开闭原则
开闭原则分析
开闭原则由Bertrand Meyer于1988年提出，它是面向 对象设计中最重要的原则之一。 在开闭原则的定义中，软件实体可以指一个软件模块、 一个由多个类组成的局部结构或一个独立的类。
• 现使用单一职责原则对其进行重构。
单一职责原则
单一职责原则实例
实例解析
开闭原则
开闭原则定义
开闭原则(Open-Closed Principle, OCP)定义如下：
• 一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。也就是说在设计 一个模块的时候，应当使这个模块可以在不被修改的前提下被 扩展，即实现在不修改源代码的情况下改变这个模块的行为。
其英文定义为：
• If for each object o1 of type S there is an object o2 of type T such that for all programs P defined in terms of T, the behavior of P is unchanged when o1 is substituted for o2 then S is a subtype of T.
面向对象设计原则概述
软件的可维护性和可复用性
面向对象设计原则和设计模式也是对系统进行合理重构 的指南针，重构(Refactoring)是在不改变软件现有功 能的基础上，通过调整程序代码改善软件的质量、性能， 使其程序的设计模式和架构更趋合理，提高软件的扩展 性和维护性。 Martin Fowler