软件设计的七大原则

软件的可维护性和可复用性

知名软件大师Robert C.Martin认为一个可维护性(Maintainability) 较低的软件设计，通常由于如下4个原因造成：

• 过于僵硬(Rigidity)
• 过于脆弱(Fragility)
• 复用率低(Immobility)
• 黏度过高(Viscosity)

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)

  软件的复用(Reuse)或重用拥有众多优点，如可以提高软件的开发效率，提高软件质量，节约开发成本，恰当的复用还可以改善系统的可维护性。面向对象设计复用的目标在于实现支持可维护性的复用。
  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。

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。

• 开闭原则（Open Closed Principle，OCP）
• 单一职责原则（Single Responsibility Principle, SRP）
• 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）
• 依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle，DIP）
• 接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）
• 合成/聚合复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle，C/ARP）
• 最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP）或者迪米特法则（Law of Demeter，LOD）

设计原则名称	简单定义
开闭原则	对扩展开放，对修改关闭
单一职责原则	一个类只负责一个功能领域中的相应职责
里氏替换原则	所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象
依赖倒置原则	依赖于抽象，不能依赖于具体实现
接口隔离原则	类之间的依赖关系应该建立在最小的接口上
合成/聚合复用原则	尽量使用合成/聚合，而不是通过继承达到复用的目的
迪米特法则	一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用

• 开闭原则(OCP)

定义

  一个软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。也就是说当应用的需求改变时，在不修改软件实体的源代码或者二进制代码的前提下，可以扩展模块的功能，使其满足新的需求。

作用

  开闭原则是面向对象程序设计的终极目标，它使软件实体拥有一定的适应性和灵活性的同时具备稳定性和延续性。具体来说，其作用如下：

1. 对软件测试的影响
   软件遵守开闭原则的话，软件测试时只需要对扩展的代码进行测试就可以，因为原有的测试代码仍然能够正常运行。
2. 可以提高代码的可复用性
   粒度越小，被复用的可能性就越大；在面向对象的程序设计中，根据原子和抽象编程可以提高代码的可复用性。
3. 可以提高软件的可维护性
   遵守开闭原则的软件，其稳定性高和延续性强，从而易于扩展和维护。

• 单一职责原则(SRP)

定义

  单一职责原则规定一个类应该有且仅有一个引起它变化的原因，否则类应该被拆分。
该原则提出对象不应该承担太多职责，如果一个对象承担太多的职责，至少存在以下两个缺点：
1.一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类实现其他职责的能力；
2.当客户端需要该对象的某一个职责时，不得不将其他不需要的职责全都包含进来，从而造成冗余代码或代码的浪费。

作用

  单一职责原则的核心就是控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。具体来说，其作用如下：
1.降低类的复杂度。
2.提高类的可读性。
3.提高系统的可维护性。
4.变更引起的风险降低。

• 里氏替换原则(LSP)

定义

  里氏替换原则主要阐述了有关继承的一些原则，也就是什么时候应该使用继承，什么时候不应该使用继承，以及其中蕴含的原理。里氏替换原是继承复用的基础，它反映了基类与子类之间的关系，是对开闭原则的补充，是对实现抽象化的具体步骤的规范。

作用

1. 里氏替换原则是实现开闭原则的重要方式之一。
2. 它克服了继承中重写父类造成的可复用性变差的缺点。
3. 它是动作正确性的保证。即类的扩展不会给已有的系统引入新的错误，降低代码出错的可能性。
4. 加强程序的健壮性，同时变更时可以做到非常好的兼容性，提高程序的维护性、可扩展性，降低需求变更时引入的风险。

• 依赖倒置原则(DIP)

定义

  高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。其核心思想是：要面向接口编程，不要面向实现编程。
  依赖倒置原则是实现开闭原则的重要途径之一，它降低了客户与实现模块之间的耦合。
  由于在软件设计中，细节具有多变性，而抽象层则相对稳定，因此以抽象为基础搭建起来的架构要比以细节为基础搭建起来的架构要稳定得多。这里的抽象指的是接口或者抽象类，而细节是指具体的实现类。
  使用接口或者抽象类的目的是制定好规范和契约，而不去涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成。

作用

1.可以降低类间的耦合性。
2.可以提高系统的稳定性。
3.可以减少并行开发引起的风险。
4.可以提高代码的可读性和可维护性。

• 接口隔离原则(ISP)

定义

  一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。也就是说要为各个类建立它们需要的专用接口，而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。
接口隔离原则和单一职责都是为了提高类的内聚性、降低它们之间的耦合性，体现了封装的思想，但两者是不同的：

• 单一职责原则注重的是职责，而接口隔离原则注重的是对接口依赖的隔离。
• 单一职责原则主要是约束类，它针对的是程序中的实现和细节；接口隔离原则主要约束接口，主要针对抽象和程序整体框架的构建。

作用

1.提高系统的灵活性和可维护性
将臃肿庞大的接口分解为多个粒度小的接口，可以预防外来变更的扩散。
2.降低系统的耦合性
接口隔离提高了系统的内聚性，减少了对外交互。
3.保证系统的稳定性
如果接口的粒度大小定义合理，能够保证系统的稳定性；如果定义过小，则会造成接口数量过多，使设计复杂化；如果定义太大，灵活性降低，无法提供定制服务，给整体项目带来无法预料的风险。
4.使用多个专门的接口还能够体现对象的层次
因为可以通过接口的继承，实现对总接口的定义。
5.能减少项目工程中的代码冗余。
过大的大接口里面通常放置许多不用的方法，当实现这个接口的时候，被迫设计冗余的代码。

• 合成/聚合复用原则(C/ARP)

定义

  合成/聚合复用原则要求在软件复用时，要尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。如果要使用继承关系，则必须严格遵循里氏替换原则。合成复用原则同里氏替换原则相辅相成的，两者都是开闭原则的具体实现规范。

作用

1.维持类的封装性
因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
2.新旧类之间的耦合度低
这种复用所需的依赖较少，新对象存取成分对象的唯一方法是通过成分对象的接口。
3.复用的灵活性高
这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

• 迪米特法则(LOD)/最少知识原则(LKP)

定义

  迪米特法则要求只与你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话。也就是说，如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。
  迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

作用

1.提高模块的相对独立性，降低类之间的耦合度。
2.亲合度降低，从而提高了类的可复用率和系统的扩展性。

参考文章

设计模式的七大原则