S.O.L.I.D 是面向对象设计(OOD)和面向对象编程(OOP)中的几个重要编码原则(Programming Priciple)的首字母缩写。
SRP | The Single Responsibility Principle | 单一职责原则 |
OCP | The Open Closed Principle | 开放封闭原则 |
LSP | The Liskov Substitution Principle | 里氏替换原则 |
ISP | The Interface Segregation Principle | 接口分离原则 |
DIP | The Dependency Inversion Principle | 依赖倒置原则 |
一、单一职责原则(SRP)
从面向对象角度解释这个原则为:"引起类变化的因素永远不要多于一个。" 或者说 "一个类有且仅有一个职责"。这似乎不太好理解,特别是"引起类变化的因素永远不要多于一个。"这句话更是有点虚,让人有点摸不着头脑。
我们通常都说“低耦合,高内聚”。在我看来,这里的"单一职责"就是我们通常所说的“高内聚”,即一个类只完成它应该完成的职责,不能推诿责任,也不可越殂代疱,不能成为无所不能的上帝类。如果你的团队中实施宽松的“代码集体所有权”,在编码的过程中出现许多人同时修改(维护)同一个类的现象,而且成员之间的沟通不够及时,主动和畅通的话,那么时间一长,就很可能出现“承担过多职责”的上帝类。这时,提炼基类/接口和提炼类重构将能帮助我们消除或减轻这种设计臭味。
看一个例子:
这是一个违反了“单一职责原则” 的类结构图。
这里,Rectangle类做了下面两件事:
- 计算矩形面积;
- 在界面(绘制设备)上绘制矩形;
并且,有两个应用使用了Rectangle类:
- 计算几何应用程序(Computational Geometry Application)用这个类计算面积;
- 图形程序(Graphical Application)用这个类在界面上绘制矩形;
这违反了SRP(单一职责原则)。因为Rectangle类做了两件事,在一个方法里它计算了面积,在另外一个方法了它返回一个表示矩形的GUI。这会带来一些有趣的问题:在计算几何应用程序中我们必须包含GUI。也就是在开发几何应用时,我们必须引用GUI库;图形应用程序中Rectangle类的变化可能导致计算几何应用程序的变化,编译和测试,反之亦然。那么,怎么修改才能让其符合单一职责原则呢?
答案是:拆分!拆分职责到两个不同的类中,如:
- Rectangle: 这个类应该只定义Area()方法;
- RectangleUI: 这个类应继承Rectangle类,并定义Draw()方法。
二、开放封闭原则 (OCP)
从面向对象设计角度看,这个原则可以这么理解:"软件实体(类,模块,函数等等)应当对扩展开放,对修改闭合。" 通俗来讲,它意味着你(或者类的客户)应当能在不修改一个类的前提下扩展这个类的行为。在OOD里,对扩展开放意味着类或模块的行为能够改变,在需求变化时我们能以新的,不同的方式让模块改变,或者在新的应用中满足需求。
也就是说,对扩展是开放的,而对修改是封闭的。我们通常都说:向系统中增加功能时应该只是添加新代码,而应该尽量少的修改原代码。在我看来,这就是遵循开放封闭原则所能带来的效果。曾经在网上看到过这样一句话“哪里变化,封装哪里”。这其实就是说,我们要将系统中可能变化的地方封装起来,即对修改封闭。同时,为了应对系统需求(功能)的扩展,需要抽象!
这里抽象是关键。《设计模式》中的state模式和strategy模式是这个原则的最好体现。
举一个例子:
违反了开放封闭原则的类结构图。
客户端代码直接面向服务器端的具体实现编程,缺乏灵活性。这样如果服务器因为某些原因被其他服务器替换了,那么客户端调用服务器的代码也必须做相应的修改或替换。这其实就是”面向实现编程“的设计臭味!
那么,如何修改才能得到正确灵活的设计?
答案是:抽象!为服务器端的代码(类型)抽象出一个抽象基类(定义一组完成服务职责的最小接口)。
下面是正确的设计:
遵循开放封闭原则的类结构图。
基本上,你抽象的东西是你系统的核心内容,如果你抽象得好,很可能增加一个新的服务器类型(扩展)只需要添加新类型(继承自AbstractServer即可)。因此代码要尽可能以抽象(这里的AbstractServer)为依据,这会允许你扩展抽象事物,定义一个新的实现而不需要修改任何客户端代码。即”面向接口编程,不要面向实现编程“!
三、Liskov's 替换原则(LSP)
Liskov's 替换原则意思是:"子类型必须能够替换它们的基类型。"或者换个说法:"使用基类引用的地方必须能使用继承类的对象而不必知道它。" 这个原则正是保证继承能够被正确使用的前提。通常我们都说,“优先使用组合(委托)而不是继承”或者说“只有在确定是 is-a 的关系时才能使用继承”,因为继承经常导致”紧耦合“的设计。
在基本的面向对象原则里,"继承"通常是"is a"的关系。如果"Developer" 是一个"SoftwareProfessional",那么"Developer"类应当继承"SoftwareProfessional"类。在类设计中"Is a"关系非常重要,但它容易冲昏头脑,导致使用错误的继承造成错误设计。
看一个最最经典的例子:
遵循Liskov替换原则的类结构图。
注:这里,KingFisher(翠鸟)类扩展了Bird基类,并继承了Fly()方法,这没有问题。
但是下面这个类结构图就存在设计上的问题:
违反Liskov替换原则的类结构图。
Ostrich(鸵鸟)是一种鸟,这毋庸置疑,并从Bird类继承,这从概念上说没有问题。但是鸵鸟它能飞吗?不能,那么这个设计就违反了LSP。因为在使用Bird的地方不一定能用Ostrich代替。所以,即使在现实中看起来没问题,在类设计中,Ostrich不应该从Bird类继承,这里应该从Bird中分离一个不会飞的类NoFlyBrid,Ostrich应该继承这个不会飞的鸟类NoFlyBrid。
为什么LSP如此重要?
- 如果没有LSP,类继承就会混乱;如果子类作为一个参数传递给方法,将会出现未知行为;
- 如果没有LSP,适用与基类的单元测试将不能成功用于测试子类;
四、接口分离原则(ISP)
这个原则的意思是"客户端不应该被迫依赖于它们不用的接口。" 也就是说,一个接口或者类应该拥有尽可能少的行为(那么,什么叫尽可能少?就是少到恰好能完成它自身的职责),这也是保证“软件系统模块的粒度尽可能少,以达到高度可重用的目的。
接口包含太多的方法会降低其可用性,像这种包含了无用方法的"胖接口"会增加类之间的耦合。如果一个类想实现该接口,那么它需要实现所有的方法,尽管有些对它来说可能完全没用,所以这样做会在系统中引入不必要的复杂度,降低代码的可维护性或鲁棒性。
接口分离原则确保实现的接口有它们共同的职责,它们是明确的,易理解的,可复用的.
下面这个例子充分的说明了”接口应该仅包含必要的方法,而不该包含其它的“。如果一个接口包含了过多的方法,应该通过分离接口将其拆分。
这是一个违反接口分离原则的胖接口。
注意到IBird接口包含很多鸟类的行为,包括Fly()行为.现在如果一个Bird类(如Ostrich)实现了这个接口,那么它需要实现不必要的Fly()行为(Ostrich不会飞)。因此,这个"胖接口"应该拆分成两个不同的接口,IBird和IFlyingBird, 而IFlyingBird继承自IBird。如下图所示:
这样的话,重用将变得非常灵活:如果一种鸟不会飞(如Ostrich),那它实现IBird接口。如果一种鸟会飞(如KingFisher),那么它实现IFlyingBird。
因此,如果我们想要获得可重用的方案,就应当遵循接口分离原则,把接口定义成仅包含必要的部分,以便在任何需要该接口功能的地方复用这个接口。
五、依赖倒置原则(DIP)
这个原则的意思是:高层模块不应该依赖底层模块,两者都应该依赖其抽象。其实又是”面向接口编程,不要面向实现编程“的内在要求。
我们考虑一个现实中的例子,来看看依赖倒置原则给我们软件带来的好处。
你的汽车是由很多如引擎,车轮,空调和其它等部件组成,对吗?
注意:这里的 Car 就是高层模块;它依赖于抽象接口IToyotaEngine 和 IEighteenInchWheel.
而具体的引擎FifteenHundredCCEngine 属于底层模块,也依赖于抽象接口IToyotaEngine ;
具体的车轮 EighteenInchWheelWithAlloy同样属于底层模块,也依赖于抽象接口IEighteenInchWheel。
上面Car类有两个属性(引擎和车轮列表),它们都是抽象类型(接口)。引擎和车轮是可插拔的,因为汽车能接受任何实现了声明接口的对象,并且Car类不需要做任何改动。
除SOLID原则外还有很多其它的面向对象原则。如:
- "组合替代继承":这是说相对于继承,要更倾向于使用组合;
- "笛米特法则":这是说"你的类对其它类知道的越少越好";
- "共同封闭原则":这是说"相关类应该打包在一起";
- "稳定抽象原则":这是说"类越稳定,越应该由抽象类组成";