面向对象的设计法则

来源:百度文库 编辑:16楼社区 时间:2020/10/25 10:55:40
法则1:优先使用(对象)组合,而非(类)继承
[ Favor Composition Over Inheritance
组合
1.(对象)组合是一种通过创建一个组合了其它对象的对象,从而获得新功能的复用方法。
2.将功能委托给所组合的一个对象,从而获得新功能。
3.有些时候也称之为"聚合"(aggregation)或"包容"(containment),尽管有些作者对这些术语赋予了专门的含义
4.例如:
a.聚合:一个对象拥有另一个对象或对另一个对象负责(即一个对象包含另一个对象或是另一个对象的一部分),并且聚合对象和其所有者具有相同的生命周期。(译者注:即所谓的"同生共死"关系,可参见GOF的Design
Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software的引言部分。)
b.包容:一种特殊类型的组合,对于其它对象而言,容器中的被包含对象是不可见的,其它对象仅能通过容器对象来访问被包含对象。(Coad)
5.包含可以通过以下两种方式实现:
a.根据引用(By reference)
b.根据值(By value)
6.C++允许根据值或引用来实现包含。
7.但是在Java中,一切皆为对象的引用!
组合的优点和缺点
1.优点:
a.容器类仅能通过被包含对象的接口来对其进行访问。
b."黑盒"复用,因为被包含对象的内部细节对外是不可见。
c.对装性好。
d.实现上的相互依赖性比较小。(译者注:被包含对象与容器对象之间的依赖关系比较少)
e.每一个类只专注于一项任务。
f.通过获取指向其它的具有相同类型的对象引用,可以在运行期间动态地定义(对象的)组合。
2.缺点:
a.从而导致系统中的对象过多。
b为了能将多个不同的对象作为组合块(composition block)来使用,必须仔细地对接口进行定义。
继承
1.(类)继承是一种通过扩展一个已有对象的实现,从而获得新功能的复用方法。
2.泛化类(超类)可以显式地捕获那些公共的属性和方法。
3.特殊类(子类)则通过附加属性和方法来进行实现的扩展。
继承的优点和缺点
1.优点:
a.容易进行新的实现,因为其大多数可继承而来。
b.易于修改或扩展那些被复用的实现。
2.缺点:
a.破坏了封装性,因为这会将父类的实现细节暴露给子类。
b. "白盒"复用,因为父类的内部细节对于子类而言通常是可见的。
c.当父类的实现更改时,子类也不得不会随之更改。
d.从父类继承来的实现将不能在运行期间进行改变。
Coad规则
仅当下列的所有标准被满足时,方可使用继承:
a.子类表达了"是一个…的特殊类型",而非"是一个由…所扮演的角色"。
b子类的一个实例永远不需要转化(transmute)为其它类的一个对象。
c.子类是对其父类的职责(responsibility)进行扩展,而非重写或废除(nullify)。
d.子类没有对那些仅作为一个工具类(utility class)的功能进行扩展。
e.对于一个位于实际的问题域(Problem Domain)的类而言,其子类特指一种角色(role),交易(transaction)或设备(device)。
继承/组合示例1

1."是一个…的特殊类型",而非"是一个由…所扮演的角色"
-->失败。乘客是人所扮演的一种角色。代理人亦然。
2.永远不需要转化
-->失败。随着时间的发展,一个Person的子类实例可能会从Passenger转变成Agent,再到Agent Passenger。
3.扩展,而非重写和废除
-->通过。
4.不要扩展一个工具类
-->通过。
5.在问题域内,特指一种角色,交易或设备
-->失败。Person不是一种角色,交易或设备。
继承并非适用于此处!
使用组合进行挽救!

继承/组合示例2

1."是一个…的特殊类型",而非"是一个由…所扮演的角色"
-->通过。乘客和代理人都是特殊类型的人所扮演的角色。
2.永远不需要转化
-->通过。一个Passenger对象将保持不变;Agent对象亦然。
3.扩展,而非重写和废除
-->通过。
4.不要扩展一个工具类
-->通过。
5.在问题域内,特指一种角色,交易或设备
-->通过。PersonRole是一种类型的角色。
继承适用于此处!
继承/组合示例3

1."是一个…的特殊类型",而非"是一个由…所扮演的角色"
-->通过。预订和购买都是一种特殊类型的交易。
2.永远不需要转化
-->通过。一个Reservation对象将保持不变;Purchase对象亦然。
3.扩展,而非重写和废除
-->通过。
4.不要扩展一个工具类
-->通过。
5.在问题域内,特指一种角色,交易或设备
-->通过。是一种交易。
继承适用于此处!
继承/组合示例4

1."是一个…的特殊类型",而非"是一个由…所扮演的角色"
-->失败。预订不是一种特殊类型的observable。
2.永远不需要转化
-->通过。一个Reservation对象将保持不变。
3.扩展,而非重写和废除
-->通过。
4.不要扩展一个工具类
-->失败。Observable就是一个工具类。
5.在问题域内,特指一种角色,交易或设备
-->不适用。Observable是一个工具类,并非一个问题域的类。。
继承并非适用于此处!
继承/组合总结
1.组合与继承都是重要的重用方法
2.在OO开发的早期,继承被过度地使用
3.随着时间的发展,我们发现优先使用组合可以获得重用性与简单性更佳的设计
4.当然可以通过继承,以扩充(enlarge)可用的组合类集(the set of composable classes)。
5.因此组合与继承可以一起工作
6.但是我们的基本法则是:
优先使用对象组合,而非(类)继承
[ Favor Composition Over Inheritance ]
法则2:针对接口编程,而非(接口的)实现
[ Program To An Interface, Not An Implementation ]
接口
1.接口是一个对象在对其它的对象进行调用时所知道的方法集合。
2.一个对象可以有多个接口(实际上,接口是对象所有方法的一个子集)
3.类型是对象的一个特定的接口。
4.不同的对象可以具有相同的类型,而且一个对象可以具有多个不同的类型。
5.一个对象仅能通过其接口才会被其它对象所了解。
6.某种意义上,接口是以一种非常局限的方式,将"是一种…"表达为"一种支持该接口的…"。
7.接口是实现插件化(pluggability)的关键
实现继承和接口继承
1.实现继承(类继承):一个对象的实现是根据另一个对象的实现来定义的。
2.接口继承(子类型化):描述了一个对象可在什么时候被用来替代另一个对象。
3.C++的继承机制既指类继承,又指接口继承。
4.C++通过继承纯虚类来实现接口继承。
5.Java对接口继承具有单独的语言构造方式-Java接口。
6.Java接口构造方式更加易于表达和实现那些专注于对象接口的设计。
接口的好处
1.优点:
a.Client不必知道其使用对象的具体所属类。
b.一个对象可以很容易地被(实现了相同接口的)的另一个对象所替换。
c.对象间的连接不必硬绑定(hardwire)到一个具体类的对象上,因此增加了灵活性。
e.松散藕合(loosens coupling)。
f.增加了重用的可能性。
e.提高了(对象)组合的机率,因为被包含对象可以是任何实现了一个指定接口的类。
2.缺点:
a.设计的复杂性略有增加
(译者注:接口表示"…像…"(LikeA)的关系,继承表示"…是…"(IsA)的关系,组合表示"…有…"(HasA)的关系。)
接口实例


该方法是指其它的一些类可以进行交通工具的驾驶,而不必关心其实际上是(汽车,轮船,潜艇或是其它任何实现了IManeuverabre的对象)。
法则3:开放-封闭法则(OCP)
软件组成实体应该是可扩展的,但是不可修改的。
[ Software Entities Should Be Open For Extension, Yet Closed For Modification
]
开放-封闭法则
1.开放-封闭法则认为我们应该试图去设计出永远也不需要改变的模块。
2我们可以添加新代码来扩展系统的行为。我们不能对已有的代码进行修改。
3.符合OCP的模块需满足两个标准:
4.可扩展,即"对扩展是开放的"(Open For Extension)-模块的行为可以被扩展,以需要满足新的需求。
5.不可更改,即"对更改是封闭的"(Closed for Modification)-模块的源代码是不允许进行改动的。
6.我们能如何去做呢?
a.抽象(Abstraction)
b.多态(Polymorphism)
c.继承(Inheritance)
d.接口(Interface)
7. 一个软件系统的所有模块不可能都满足OCP,但是我们应该努力最小化这些不满足OCP的模块数量。
8.开放-封闭法则是OO设计的真正核心。
9.符合该法则便意味着最高等级的复用性(reusability)和可维护性(maintainability)。
OCP示例
1. 考虑下面某类的方法:

2.以上函数的工作是在制订的部件数组中计算各个部件价格的总和。
3.若Part是一个基类或接口且使用了多态,则该类可很容易地来适应新类型的部件,而不必对其进行修改。
4.其将符合OCP
5. 但是在计算总价格时,若财务部颁布主板和内存应使用额外费用,则将如何去做。
6.下列的代码是如何来做的呢?

7.这符合OCP吗?
8.当每次财务部提出新的计价策略,我们都不得不要修改totalPrice()方法!这并非"对更改是封闭的"。显然,策略的变更便意味着我们不得不要在一些地方修改代码的,因此我们该如何去做呢?
9.为了使用我们第一个版本的totalPrice(),我们可以将计价策略合并到Part的getPrice()方法中。
10.这里是Part和ConcretePart类的示例:

11. 但是现在每当计价策略发生改变,我们就必须修改Part的每个子类!
12.一个更好的思路是采用一个PricePolicy类,通过对其进行继承以提供不同的计价策略:


13.看起来我们所做的就是将问题推迟到另一个类中。但是使用该解决方案,我们可通过改变Part对象,在运行期间动态地来设定计价的策略。
14.另一个解决方案是使每个ConcretePart从数据库或属性文件中获取其当前的价格。
单选法则
单选法则(the Single Choice Principle)是OCP的一个推论。
无论在什么时候,一个软件系统必须支持一组备选项,理想情况下,在系统中只能有一个类能够知道整个的备选项集合。
法则4:Liskov替换法则(LSP)
使用指向基类(超类)的引用的函数,必须能够在不知道具体派生类(子类)对象类型的情况下使用它们。
[ Function Thar Use Referennces To Base(Super) Classes Must Be Able To Use Objects
Of Derived(Sub) Classes Without Knowing It ]
Liskov替换法则
1.显而易见,Liskov替换法则(LSP)是根据我所熟知的"多态"而得出的。
2.例如:
方法drawShape应该可与Sharp超类的任何子类一起工作(或者,若Sharp为Java接口,则该方法可与任何实现了Sharp接口的类一起工作)
但是当我们在实现子类时必须要谨慎对待,以确保我们不会无意中违背了LSP。
3.若一个函数未能满足LSP,那么可能是因为它显式地引用了超类的一些或所有子类。这样的函数也违背了OCP,因为当我们创建一个新的子类时,会不得不进行代码的修改。
LSP示例
1. 考虑下面Rectangle类:

2.现在,Square类会如何呢?显然,一个正方形是一个四边形,因此Square类应该从Rectangle类派生而来,对否?让我们看一看!
3.观察可得:
a.正方形不需要将高和宽都作为属性,但是总之它将继承自Rectangle。因此,每一个Square对象会浪费一点内存,但这并不是一个主要问题。
b.继承而来的setWidth()和setHeight()方法对于Square而言并非真正地适合,因为一个正方形的高和宽是相同。因此我们将需要重写setWidth()和setHeight()方法。不得不重写这些简单的方法有可能是一种不恰当的继承使用方式。
3.Square类如下:

4. 看起来都还不错。但是让我们检验一下!


5. 测试程序输出:

6.看上去好像我们违背了LSP!
7.这里的问题出在哪里呢?编写testLsp()方法的程序员做了一个合理的假设,即改变Rectangle的宽而保持它的高不变。
8.在将一个Square对象传递给这样一个方法时产生了问题,显然是违背了LSP
9.Square和Rectangle类是相互一致和合法的。尽管程序员对基类作了合理的假设,但其所编写的方法仍然会导致设计模型的失败。
10.不能孤立地去看待解决方案,必须根据设计用户所做的合理假设来看待它们。
11. 一个数学意义上的正方形可能是一个四边形,但是一个Square对象不是一个Rectangle对象,因为一个Square对象的行为与一个Rectangle对象的行为是不一致的!
12.从行为上来说,一个Square不是一个Rectangle!一个Square对象与一个Rectangle对象之间不具有多态的特征。
总结
1.Liskov替换法则(LSP)清楚地表明了ISA关系全部都是与行为有关的。
2.为了保持LSP(并与开放-封闭法则一起),所有子类必须符合使用基类的client所期望的行为。
3.一个子类型不得具有比基类型(base type)更多的限制,可能这对于基类型来说是合法的,但是可能会因为违背子类型的其中一个额外限制,从而违背了LSP!
4.LSP保证一个子类总是能够被用在其基类可以出现的地方!