提高面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)復(fù)用性的設(shè)計(jì)原則

1、3/17/2024,1,提高面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)復(fù)用性的設(shè)計(jì)原則,面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則,3/17/2024,2,設(shè)計(jì)目標(biāo),可擴(kuò)展性(Extensibility):新功能易加入系統(tǒng)。靈活性(Flexibility):允許代碼修改平穩(wěn)發(fā)生，不會(huì)涉及很多其他模塊?？刹迦胄?Pluggability):容易將一個(gè)類換為另一個(gè)具有同樣接口的類。,3/17/2024,3,軟件復(fù)用重要性,較高的生產(chǎn)率較高的軟件質(zhì)量恰當(dāng)使用復(fù)用,可改善系統(tǒng)的可維護(hù)性,3

2、/17/2024,4,使一個(gè)系統(tǒng)可在更高的層次上提供了可復(fù)用性抽象化和繼承:使概念和定義可復(fù)用多態(tài):使實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用可復(fù)用抽象化和封裝:可保持和促進(jìn)系統(tǒng)的可維護(hù)性,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì),3/17/2024,5,抽象層次是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)作戰(zhàn)略性判斷和決定的地方，那么抽象層次就應(yīng)當(dāng)是較為穩(wěn)定的，應(yīng)當(dāng)是復(fù)用的重點(diǎn)。復(fù)用的焦點(diǎn)不再集中在函數(shù)和算法等具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上，而是集中在最重要的含有宏觀商業(yè)邏輯的抽象層次上。既然如果抽象層次的模塊相對(duì)獨(dú)立于具體層

3、次的模塊的話，那么具體層次內(nèi)部的變化就不會(huì)影響到抽象層次的結(jié)構(gòu)，所以抽象層次的復(fù)用就會(huì)較為容易。,復(fù)用,3/17/2024,6,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中，可維護(hù)性復(fù)用是以設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)模式為基礎(chǔ)的。,面向?qū)ο髲?fù)用,3/17/2024,7,1.開閉原則OCP:Open-Closed Principle2.里氏替換原則LSP:Liskov Substitution Principle3.依賴倒轉(zhuǎn)原則DIP:Dependency Inversi

4、on Principle4.接口隔離原則ISP:Interface Segregation Principle5.組合復(fù)用原則CRP:Compositoin Resuse Principle6.迪米特法則LoD:Law of Demeter7.單一職責(zé)原則（SRP),面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則,3/17/2024,8,軟件組成實(shí)體應(yīng)該是對(duì)擴(kuò)展可擴(kuò)展的，但是對(duì)修改是關(guān)閉的。( Software Entities Should Be O

5、pen For Extension， But Closed For Modification),1.開-閉原則OCP,3/17/2024,9,開放-封閉法則認(rèn)為應(yīng)該試圖去設(shè)計(jì)出永遠(yuǎn)也不需要改變的模塊。關(guān)鍵在于抽象化:可給系統(tǒng)定義一個(gè)一勞永逸，不再更改的抽象設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)允許有無(wú)窮無(wú)盡的行為在實(shí)現(xiàn)層被實(shí)現(xiàn)。抽象層預(yù)見所有擴(kuò)展。PC外設(shè),開-閉原則,3/17/2024,10,一個(gè)軟件系統(tǒng)的所有模塊不可能都滿足OCP，但是應(yīng)該努力最小化這些

6、不滿足OCP的模塊數(shù)量。,開-閉原則,3/17/2024,11,Public class Part{ private double basePrice; public void setPrice(double price){ basePrice = price; } public double getPrice(){ return basePrice; }},OCP例-類,3/17/2024,12,

7、Public double totalprice(Part[] parts){ double total=0.0; for (int i=0;i<parts.length;i++){ total += parts[i].getPrice(); } return total;},OCP例-某類方法,3/17/2024,13,內(nèi)存折扣？,思考,3/17/2024,14,Public double total

8、price(Part[] parts){ double total=0.0; for (int i=0;i<parts.length;i++){ if(parts[I] instanceof Memory) total += parts[i].getPrice() * 0.9; else total += parts[i].getPrice(); } return t

9、otal;},方法,3/17/2024,15,符合OCP嗎？,思考,3/17/2024,16,Public class Memory extends Part{ public double getPrice(){ return basePrice * 0.9; }},方法？,3/17/2024,17,采用一個(gè)PricePolicy類，通過對(duì)其進(jìn)行繼承以提供不同的計(jì)價(jià)策略,更好的方法？,3/17/2024,18,Pub

10、lic class Part{ private PricePolicy pricePolicy; public void setPricePolicy(PricePolicy policy){ pricePolicy = policy; } public void setPrice(double price){ pricePolicy.setPrice( price ); } public dou

11、ble getPrice(){ return pricePolicy.getPrice(); }},方法,3/17/2024,19,Public class PricePolicy{ private double basePrice; public void setPrice(double price){ basePrice = price; } public double getPrice(){

12、 return basePrice; }},價(jià)格策略,3/17/2024,20,Public class Sale extends PricePolicy{ private double discount; public void setDiscount(double discount){ this.discount = discount; } public double getPrice(){

13、 return basePrice * discount; }},銷售策略,3/17/2024,21,符合OCP了嗎？,思考,3/17/2024,22,應(yīng)用實(shí)例,我們有一個(gè)需要在標(biāo)準(zhǔn)的GUI上繪制園和正方形的應(yīng)用程序。圓和正方形必須要按照特定的順序繪制。我們將創(chuàng)建一個(gè)列表，列表由按照適當(dāng)?shù)捻樞蚺帕械膱@和正方形組成，程序遍歷該列表，一次繪制出每個(gè)圓和正方形。,3/17/2024,23,,先考慮違反OCP的過程化方法定義一個(gè)Dra

14、wAllShapes函數(shù)使用SWITCH來分支繪制圖形為什么不符合OCP？因?yàn)樗鼘?duì)于新的形狀類型的添加不是封閉的每增加一種新的形狀類型，都必須要更改這個(gè)函數(shù),3/17/2024,24,,這樣的設(shè)計(jì)糟糕在哪里？增加形狀會(huì)導(dǎo)致所有的程序、變量重新編譯和部署想在另一個(gè)程序中復(fù)用DrawAllShape這個(gè)函數(shù)時(shí)，都必須要附帶上Square和Circle，即時(shí)那個(gè)程序不需要它們。,3/17/2024,25,怎樣遵循OCP,編寫一個(gè)sh

15、ape抽象類這個(gè)類僅有一個(gè)抽象方法draw()所有形狀都從這個(gè)類派生當(dāng)繪制一種新的形狀，只需要增加一個(gè)新的shape類的派生類。而DrawAllShapes 函數(shù)并不需要改變。,3/17/2024,26,使用指向基類(超類)的引用的函數(shù)，必須能夠在不知道具體派生類(子類)對(duì)象類型的情況下使用它們。(Function Thar Use Referennces To Base(Super) Classes Must Be Able T

16、o Use Objects Of Derived(Sub) Classes Without Knowing It),2.里氏替換法則,3/17/2024,27,Public class Rectangle{ private double width; private double heigth; public Rectangle(double w,double h) { width = w; heigth = h;

17、 } public void setWidth(double w){ width = w; } public void setHeigth(double h){ height = h; } public double getWidth(){ return width; } public double getHeigth(){ return height; } public double area(){ re

18、turn width * height; }},LSP例-矩形類,3/17/2024,28,正方形類 Square正方形是矩形，因此Square類應(yīng)該從Rectangle類派生而來。,思考,3/17/2024,29,Public class Square extends Rectangle{ public Square(double s) { super(s,s); } public void setWidth(

19、double w){ super.setWidth ( w ); super.setHeight( w ); } public void setHeight(double h){ super.setWidth ( h ); super.setHeight( h ); }},正方形類,3/17/2024,30,Public class TestRectangle{ public

20、static void testLSP(Rectangle r) { r.setWidth(4.0); r.setHeight(5.0); System.out.println(“Width is 4.0 and Height is 5.0 ,Area is ” + r.area()); },測(cè)試類,3/17/2024,31,public static void main(String args[]){

21、 Rectangle r=new Rectangle(1.0,1.0); Square s = new Square(1.0); testLSP ( r ); testLSP ( s ); }},測(cè)試,3/17/2024,32,編寫testLsp()方法的程序員做了一個(gè)合理的假設(shè)，即改變Rectangle的寬而保持它的高不變。一個(gè)數(shù)學(xué)意義上的正方形可能是一個(gè)矩形，但是一個(gè)Square對(duì)象不是一個(gè)Rectangle

22、對(duì)象，因?yàn)橐粋€(gè)Square對(duì)象的行為與一個(gè)Rectangle對(duì)象的行為是不一致的！(矩形 僅包含get 因?yàn)閟et不同)從行為上來說，一個(gè)Square不是一個(gè)Rectangle！一個(gè)Square對(duì)象與一個(gè)Rectangle對(duì)象之間不具有多態(tài)的特征。,問題,3/17/2024,33,Liskov替換法則(LSP)清楚地表明了ISA關(guān)系全部都是與行為有關(guān)的。為了保持LSP，所有子類必須符合使用基類的client所期望的行為。一個(gè)子類型

23、不得具有比基類型更多的限制，可能這對(duì)于基類型來說是合法的，但是可能會(huì)因?yàn)檫`背子類型的其中一個(gè)額外限制，從而違背了LSP！LSP保證一個(gè)子類總是能夠被用在其基類可以出現(xiàn)的地方,小結(jié),3/17/2024,34,抽象不應(yīng)當(dāng)依賴于細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)依賴于抽象。(Abstations should not depend upon details， Details should depend upon abstractions),3.依賴倒轉(zhuǎn)原則,

24、3/17/2024,35,針對(duì)接口編程，而非實(shí)現(xiàn)Program To An Interface， Not An Implementation,DIP,3/17/2024,36,Client不必知道其使用對(duì)象的具體所屬類。一個(gè)對(duì)象可以很容易地被(實(shí)現(xiàn)了相同接口的)的另一個(gè)對(duì)象所替換。對(duì)象間的連接不必硬綁定(hardwire)到一個(gè)具體類的對(duì)象上，因此增加了靈活性。松散藕合(loosens coupling)。增加了重用的可能性。

25、提高了(對(duì)象)組合的機(jī)率，因?yàn)楸话瑢?duì)象可以是任何實(shí)現(xiàn)了一個(gè)指定接口的類。,使用接口的優(yōu)點(diǎn),3/17/2024,37,不將變量聲明為某個(gè)特定的具體類的實(shí)例對(duì)象，而讓其遵從抽象類定義的接口。實(shí)現(xiàn)類僅實(shí)現(xiàn)接口，不添加方法。(Draw(shape*p) 不要Cricle*p Rectangle *p Triangle *p),針對(duì)接口編程,3/17/2024,38,任何變量都不應(yīng)該持有一個(gè)指向具體類的指針或引用任何類都不應(yīng)該從具體

26、類派生任何方法都不應(yīng)該覆寫它的任何基類中已實(shí)現(xiàn)了的方法,依賴于抽象,3/17/2024,39,如果一個(gè)類的實(shí)例必須使用另一個(gè)對(duì)象，而這個(gè)對(duì)象又屬于一個(gè)特定的類，那么復(fù)用性會(huì)受到損害。如果“使用”類只需使用“被使用”類的某些方法，而不是要求“被使用”類與“使用”類有“is-a”的關(guān)系，就可考慮，讓“被使用”類實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口，“使用”類通過這個(gè)接口來使用需要的方法，從而限制了類之間的依賴。方案:為避免類之間因彼此使用而造成的耦合，讓它們

27、通過接口間接使用。,約束,3/17/2024,40,DIP可應(yīng)用于任何存在一個(gè)類向另一個(gè)類發(fā)送消息的地方。,DIP應(yīng)用,3/17/2024,41,例,3/17/2024,42,例-找出潛在的抽象,3/17/2024,43,,實(shí)例考慮一個(gè)控制熔爐調(diào)節(jié)器的軟件，該軟件可以從一個(gè)IO通道中讀取當(dāng)前的溫度，并通過向另一個(gè)IO通道發(fā)送命令來指示熔爐的開或者關(guān)。,3/17/2024,44,優(yōu)先使用(對(duì)象)組合，而非(類)繼承Favor Comp

28、osition Over Inheritance,4.組合復(fù)用原則,3/17/2024,45,容器類僅能通過被包含對(duì)象的接口來對(duì)其進(jìn)行訪問。“黑盒”復(fù)用，因?yàn)楸话瑢?duì)象的內(nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)外是不可見。封裝性好。實(shí)現(xiàn)上的相互依賴性比較小。每一個(gè)類只專注于一項(xiàng)任務(wù)。通過獲取指向其它的具有相同類型的對(duì)象引用，可以在運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地定義(對(duì)象的)組合。,組合優(yōu)點(diǎn),3/17/2024,46,從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的對(duì)象過多。為了能將多個(gè)不同的對(duì)象作為組

29、合塊(composition block)來使用，必須仔細(xì)地對(duì)接口進(jìn)行定義。,組合缺點(diǎn),3/17/2024,47,(類)繼承是一種通過擴(kuò)展一個(gè)已有對(duì)象的實(shí)現(xiàn)，從而獲得新功能的復(fù)用方法。泛化類(超類)可以顯式地捕獲那些公共的屬性和方法。特殊類(子類)則通過附加屬性和方法來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展,繼承,3/17/2024,48,容易進(jìn)行新的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠浯蠖鄶?shù)可繼承而來。易于修改或擴(kuò)展那些被復(fù)用的實(shí)現(xiàn)。,繼承優(yōu)點(diǎn),3/17/2024,49,破壞

30、了封裝性，因?yàn)檫@會(huì)將父類的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)暴露給子類。“白盒”復(fù)用，因?yàn)楦割惖膬?nèi)部細(xì)節(jié)對(duì)于子類而言通常是可見的。當(dāng)父類的實(shí)現(xiàn)更改時(shí)，子類也不得不會(huì)隨之更改。從父類繼承來的實(shí)現(xiàn)將不能在運(yùn)行期間進(jìn)行改變。,繼承缺點(diǎn),3/17/2024,50,僅當(dāng)下列的所有標(biāo)準(zhǔn)被滿足時(shí)，方可使用繼承：子類表達(dá)了“是一個(gè)…的特殊類型”，而非“是一個(gè)由…所扮演的角色”。子類的一個(gè)實(shí)例永遠(yuǎn)不需要轉(zhuǎn)化(transmute)為其它類的一個(gè)對(duì)象。子類是對(duì)其父類的職責(zé)

31、(responsibility)進(jìn)行擴(kuò)展，而非重寫或廢除(nullify)。子類沒有對(duì)那些僅作為一個(gè)工具類(utility class)的功能進(jìn)行擴(kuò)展。,Coad規(guī)則,3/17/2024,51,例,3/17/2024,52,組合與繼承都是重要的重用方法在OO開發(fā)的早期，繼承被過度地使用隨著時(shí)間的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)先使用組合可以獲得重用性與簡(jiǎn)單性更佳的設(shè)計(jì)當(dāng)然可以通過繼承，以擴(kuò)充可用的組合類集。因此組合與繼承可以一起工作但是我們

32、的基本法則是：優(yōu)先使用對(duì)象組合，而非(類)繼承,小結(jié),3/17/2024,53,Law of Demeter又稱 最少知識(shí)原則，一個(gè)對(duì)象應(yīng)該對(duì)其他對(duì)象盡可能少的了解。,5.迪米特法則 (LoD),3/17/2024,54,控制信息過載，提高封裝能力。1.創(chuàng)建弱耦合類，利于復(fù)用2.降低成員訪問權(quán)限3.設(shè)計(jì)不變類,廣義,3/17/2024,55,如果兩個(gè)類不必彼此通信，那么這兩個(gè)類就不應(yīng)當(dāng)發(fā)生直接的相互作用。如果其中的一個(gè)類需

33、要調(diào)用另一個(gè)類的某一個(gè)方法的話，可通過第三者轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)調(diào)用。,狹義,3/17/2024,56,Void Someone::Operation1(Friend friend){ Stranger stranger = friend.provide(); stranger.Operation3();}Stranger Friend::provide(){ return stranger;},例,3/17/2024,57,滿

34、足LOD嗎？,思考,3/17/2024,58,使用多個(gè)專門的接口比使用單一的總接口好。一個(gè)類對(duì)另一個(gè)類的依賴性應(yīng)建立在最小的接口上。,6.接口隔離原則 (ISP),3/17/2024,59,定制服務(wù):為同一角色提供寬窄不同的接口。(承諾多，維護(hù)難),ISP,3/17/2024,60,,如果類的接口不是內(nèi)聚的，就表示該類具有“胖”的接口。ISP建議客戶程序不應(yīng)該看到它們作為單一的類存在。客戶程序看到的應(yīng)該是多個(gè)具有內(nèi)聚接口的抽象基類

35、。,3/17/2024,61,,現(xiàn)在，考慮自動(dòng)取款機(jī)（ATM)ATM需要一個(gè)非常靈活的用戶界面。它的輸出信息需要被轉(zhuǎn)換成許多不同的語(yǔ)言。輸出信息可能被顯示在屏幕上，或者通過語(yǔ)音器說出來。顯然界面需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)抽象基類同樣可以把每個(gè)ATM可以執(zhí)行的操作封裝為類Transaction的派生類。有DepositTransaction,WithdrawTransaction以及TransferTransaction,每個(gè)類都調(diào)用UI的方法。