02 C#设计模式-面向对象设计原则.ppt

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1、www.ChinaSA.infoDDesign esign P Patternsatterns面向对象设计原则面向对象设计原则面向对象设计原则面向对象设计原则刘刘 伟伟(Sunny)weiliu_www.ChinaSA.info大纲w面向对象设计原则概述w单一职责原则w开闭原则w里氏代换原则w依赖倒转原则w接口隔离原则w合成复用原则w迪米特法则www.ChinaSA.info面向对象设计原则概述w可维护性(Maintainability)：指软件能够被理解、改正、适应及扩展的难易程度w可复用性(Reusability)：指软件能够被重复使用的难易程度w面向对象设计的目标之一在于支持可维护性复用

2、，一方面需要实现设计方案或者源代码的复用，另一方面要确保系统能够易于扩展和修改，具有良好的可维护性www.ChinaSA.info面向对象设计原则概述w面向对象设计原则为支持可维护性复用而诞生w指导性原则，非强制性原则w每一个设计模式都符合一个或多个面向对象设计原则，面向对象设计原则是用于评价一个设计模式的使用效果的重要指标之一www.ChinaSA.info面向对象设计原则概述设计设计原原则则名称名称定定 义义使用使用频频率率单单一一职责职责原原则则(Single Responsibility Principle,SRP)一一个个对对象象应应该该只只包包含含单单一一的的职职责责，并并且且该该

3、职职责责被被完整地封装在一个完整地封装在一个类类中中开开闭闭原原则则(Open-Closed Principle,OCP)软软件件实实体体应应当当对扩对扩展开放，展开放，对对修改修改关关闭闭里氏代里氏代换换原原则则(Liskov Substitution Principle,LSP)所所有有引引用用基基类类的的地地方方必必须须能能透透明明地地使使用用其其子子类类的的对对象象依依赖赖倒倒转转原原则则(Dependence Inversion Principle,DIP)高高层层模模块块不不应该应该依依赖赖低低层层模模块块，它，它们们都都应该应该依依赖赖抽象。抽象不抽象。抽象不应该应该依依赖赖于于

4、细节细节，细节应该细节应该依依赖赖于于抽象抽象接口隔离原接口隔离原则则(Interface Segregation Principle,ISP)客客户户端不端不应该应该依依赖赖那些它不需要的那些它不需要的接口接口合成复用原合成复用原则则(Composite Reuse Principle,CRP)优优先先使使用用对对象象组组合合，而而不不是是继继承承来来达达到到复复用用的的目目的的迪米特法迪米特法则则(Law of Demeter,LoD)每每一一个个软软件件单单位位对对其其他他的的单单位位都都只只有有最最少少的的知知识识，而且局限于那些与本而且局限于那些与本单单位密切相关的位密切相关的软软件

5、件单单位位www.ChinaSA.info单一职责原则 w单一职责原则定义单一职责原则是最简单的面向对象设计原则，单一职责原则是最简单的面向对象设计原则，用于控制用于控制类的粒度大小类的粒度大小单单一一职责职责原原则则：一个对象应该只包含只包含单单一的一的职责职责，并且该职责被完整地封装在一个类中。Single Responsibility Principle(SRP):Every object should have a single responsibility,and that responsibility should be entirely encapsulated by the c

6、lass.www.ChinaSA.info单一职责原则 w单一职责原则定义就一个类而言，应该就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因仅有一个引起它变化的原因There should never be more than one reason for a class to change.www.ChinaSA.info单一职责原则 w单一职责原则分析 一个类（大到模块，小到方法）一个类（大到模块，小到方法）承担的职责越多承担的职责越多，它，它被被复用的可能性就越小复用的可能性就越小当一个职责变化时当一个职责变化时，可能，可能会影响其他职责的运作会影响其他职责的运作将这些职责进行分离，将这些职责

7、进行分离，将不同的职责封装在不同的类中将不同的职责封装在不同的类中将不同的变化原因封装在不同的类中将不同的变化原因封装在不同的类中单一职责原则单一职责原则是实现高内聚、低耦合的指导方针是实现高内聚、低耦合的指导方针www.ChinaSA.info单一职责原则 w单一职责原则实例 实例说明实例说明某软件公司开发人员针对CRM（Customer Relationship Management，客户关系管理）系统中的客户信息图表统计模块提出了如图2-1所示的初始设计方案。图图2-1 初始初始设计设计方案方案结结构构图图在图2-1中，GetConnection()方法用于连接数据库，FindCusto

8、mers()用于查询所有的客户信息，CreateChart()用于创建图表，DisplayChart()用于显示图表。现使用单一职责原则对其进行重构。www.ChinaSA.info单一职责原则 w单一职责原则实例 实例解析实例解析 www.ChinaSA.info开闭原则w开闭原则定义 开闭原则是开闭原则是面向对象的可复用设计的第一块基石面向对象的可复用设计的第一块基石，是最，是最重要的面向对象设计原则重要的面向对象设计原则开开闭闭原原则则：软件实体应当对扩对扩展开放，展开放，对对修改关修改关闭闭。Open-Closed Principle(OCP):Software entities sh

9、ould be open for extension,but closed for modification.www.ChinaSA.info开闭原则w开闭原则分析 开闭原则由开闭原则由Bertrand Meyer于于1988年提出年提出在开闭原则的定义中，软件实体可以是在开闭原则的定义中，软件实体可以是一个软件模块一个软件模块、一个由多个类组成的局部结构一个由多个类组成的局部结构或或一个独立的类一个独立的类开闭原则是指开闭原则是指软件实体应尽量在不修改原有代码的情况软件实体应尽量在不修改原有代码的情况下进行扩展下进行扩展www.ChinaSA.info开闭原则w开闭原则分析 抽象化抽象化是开

10、闭原则的关键是开闭原则的关键相对稳定的相对稳定的抽象层抽象层+灵活的灵活的具体层具体层对可变性封装原则对可变性封装原则(Principle of Encapsulation of Variation,EVP)：找到系统的可变因素并将其：找到系统的可变因素并将其封装起来封装起来www.ChinaSA.info里氏代换原则w里氏代换原则定义 里氏代里氏代换换原原则则：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。Liskov Substitution Principle(LSP):If

11、 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.里氏代里氏代换换原原则则：所有引用基基类类的地方必须能透明地使用其子子类类的对象。Liskov Substitution Principle(LSP):Functions that use pointe

12、rs or references to base classes must be able to use objects of derived classes without knowing it.www.ChinaSA.info里氏代换原则 w里氏代换原则分析里氏代换原则由里氏代换原则由2008年图灵奖得主、美国第一位计算年图灵奖得主、美国第一位计算机科学女博士、麻省理工学院教授机科学女博士、麻省理工学院教授Barbara Liskov和卡和卡内基内基.梅隆大学梅隆大学Jeannette Wing教授于教授于1994年提出年提出芭芭拉芭芭拉利斯科夫（利斯科夫（Barbara Liskov），

13、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。www.ChinaSA.info里氏代换原则 w里氏代换原则分析在软件中在软件中将一个基类对象替换成它的子类对象，程序将将一个基类对象替换成它的子类对象，程序将不会产生任何错误和异常不会产生任何错误和异常，反过来则不成立。如果一个，反过来则不成立。如果一个软件实体使用的是一个子类对象的话，那么它不一定能软件实体使用的是一个子类对象的话，那么它不一定能够使用基类对象够使用基类对象在程序中在程序

14、中尽量使用基类类型来对对象进行定义尽量使用基类类型来对对象进行定义，而在运，而在运行时再确定其子类类型行时再确定其子类类型我喜欢动物我喜欢动物 我喜欢狗我喜欢狗 因为狗是动物因为狗是动物 www.ChinaSA.info依赖倒转原则 w依赖倒转原则定义依依赖赖倒倒转转原原则则：高层模块不应该依赖低层模块，它们都应该依赖抽象。抽象不抽象不应该应该依依赖赖于于细节细节，细节应该细节应该依依赖赖于抽象于抽象。Dependency Inversion Principle(DIP):High level modules should not depend upon low level modules,b

15、oth should depend upon abstractions.Abstractions should not depend upon details,details should depend upon abstractions.www.ChinaSA.info依赖倒转原则 w依赖倒转原则定义要要针对接口编程针对接口编程，不要针对实现编程不要针对实现编程Program to an interface,not an implementation.www.ChinaSA.info依赖倒转原则 w依赖倒转原则分析依赖倒转原则是依赖倒转原则是Robert C.Martin在在1996年为年为

16、“C+Reporter”所写的专栏所写的专栏Engineering Notebook的第三的第三篇，后来加入到他在篇，后来加入到他在2002年出版的经典著作年出版的经典著作Agile Software Development,Principles,Patterns,and Practices一书中一书中www.ChinaSA.info依赖倒转原则 w依赖倒转原则分析在程序代码中传递参数时或在关联在程序代码中传递参数时或在关联关系中，关系中，尽量引用层次高的抽象层尽量引用层次高的抽象层类类，即使用接口和抽象类进行变量，即使用接口和抽象类进行变量类型声明、参数类型声明、方法返类型声明、参数类型声明

17、、方法返回类型声明，以及数据类型的转换回类型声明，以及数据类型的转换等等在程序中尽量使用抽象层进行编程，在程序中尽量使用抽象层进行编程，而将具体类写在配置文件中而将具体类写在配置文件中www.ChinaSA.info依赖倒转原则 w依赖倒转原则分析针对抽象层编程，将具体类的对象通过针对抽象层编程，将具体类的对象通过依赖注入依赖注入(Dependency Injection,DI)的方式注入到其他对象的方式注入到其他对象构造注入设值注入（Setter注入）接口注入www.ChinaSA.info依赖倒转原则wOCP/LSP/DIP综合实例实例说明实例说明某软件公司开发人员在开发CRM系统时发现：

18、该系统经常需要将存储在TXT或Excel文件中的客户信息转存到数据库中，因此需要进行数据格式转换。在客户数据操作类CustomerDAO中将调用数据格式转换类的方法来实现格式转换，初始设计方案结构如图2-3所示：图图2-3 初始初始设计设计方案方案结结构构图图在编码实现图2-3所示结构时，该软件公司开发人员发现该设计方案存在一个非常严重的问题，由于每次转换数据时数据来源不一定相同，因此需要经常更换数据转换类，例如有时候需要将TXTDataConvertor改为ExcelDataConvertor，此时，需要修改CustomerDAO的源代码，而且在引入并使用新的数据转换类时也不得不修改Cust

19、omerDAO的源代码，系统扩展性较差，违反了开闭原则，需要对该方案进行重构。www.ChinaSA.info依赖倒转原则wOCP/LSP/DIP综合实例实例解析实例解析 www.ChinaSA.info接口隔离原则w接口隔离原则定义接口隔离原接口隔离原则则：客户端不不应该应该依依赖赖那些它不需要的接口那些它不需要的接口。Interface Segregation Principle(ISP):Clients should not be forced to depend upon interfaces that they do not use.www.ChinaSA.info接口隔离原则w接口

20、隔离原则分析 当一个接口太大时，需要将它当一个接口太大时，需要将它分割成一些更细小的接分割成一些更细小的接口口使用该接口的客户端使用该接口的客户端仅需知道与之相关的方法仅需知道与之相关的方法即可即可每一个接口应该每一个接口应该承担一种相对独立的角色承担一种相对独立的角色，不干不该，不干不该干的事，该干的事都要干干的事，该干的事都要干www.ChinaSA.info接口隔离原则w接口隔离原则分析“接口接口”定义定义(1)：一个类型所提供的所有方法特征的一个类型所提供的所有方法特征的集合。集合。一个接口代表一个角色，每个角色都有它特定一个接口代表一个角色，每个角色都有它特定的一个接口，的一个接口，

21、“角色隔离原则角色隔离原则”“接口接口”定义定义(2)：狭义的特定语言的接口。狭义的特定语言的接口。接口仅仅接口仅仅提供客户端需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏提供客户端需要的行为，客户端不需要的行为则隐藏起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而起来，应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口，每个接口中只包含一个客户端不要提供大的总接口，每个接口中只包含一个客户端所需的方法，所需的方法，“定制服务定制服务”www.ChinaSA.info接口隔离原则w接口隔离原则实例 实例说明实例说明 某软件公司开发人员针对CRM系统的客户数据显示模块设计了如图2-5所示接口，其中方

22、法DataRead()用于从文件中读取数据，方法TransformToXML()用于将数据转换成XML格式，方法CreateChart()用于创建图表，方法DisplayChart()用于显示图表，方法CreateReport()用于创建文字报表，方法DisplayReport()用于显示文字报表。图图2-5 初始初始设计设计方案方案结结构构图图在实际使用过程中开发人员发现该接口很不灵活，例如：如果一个具体的数据显示类无须进行数据转换（源文件本身就是XML格式），但由于实现了该接口，不得不实现其中声明的TransformToXML()方法（至少需要提供一个空实现）；如果需要创建和显示图表，除了

23、需要实现与图表相关的方法外，还需要实现创建和显示文字报表的方法，否则程序在编译时将报错。现使用接口隔离原则对其进行重构。www.ChinaSA.info接口隔离原则w接口隔离原则实例 实例解析实例解析 www.ChinaSA.info合成复用原则w合成复用原则定义合成复用原则又称为合成复用原则又称为组合组合/聚合复用原则聚合复用原则(Composition/Aggregate Reuse Principle,CARP)合成复用原合成复用原则则：优先使用使用对对象象组组合合，而不是而不是继继承承来达到复复用用的目的。Composite Reuse Principle(CRP)：Favor com

24、position of objects over inheritance as a reuse mechanism.www.ChinaSA.info合成复用原则w合成复用原则分析 合成复用原则就是在一个新的对象里通过合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系关联关系（包括组合关系和聚合关系）（包括组合关系和聚合关系）来使用一些已有的对象，来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分使之成为新对象的一部分新对象新对象通过委派调用已有对象的方法通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的达到复用功能的目的目的复用时复用时要尽量使用组合要尽量使用组合/聚合关系（关联关系），少用聚合关系（关联关系），少

25、用继承继承www.ChinaSA.info合成复用原则w合成复用原则分析 继承复用：继承复用：实现简单，易于扩展。破坏系统的封装性；实现简单，易于扩展。破坏系统的封装性；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性；只能在有限的环境中使生改变，没有足够的灵活性；只能在有限的环境中使用。（用。（“白箱白箱”复用复用）组合组合/聚合复用：聚合复用：耦合度相对较低，有选择性地调用成耦合度相对较低，有选择性地调用成员对象的操作；可以在运行时动态进行，新对象可以员对象的操作；可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成员对象类型相

26、同的其他对象。（动态地引用与成员对象类型相同的其他对象。（“黑黑箱箱”复用复用）www.ChinaSA.info合成复用原则w合成复用原则实例 实例说明实例说明某软件公司开发人员在初期的CRM系统设计中，考虑到客户数量不多，系统采用Access作为数据库，与数据库操作有关的类，例如CustomerDAO类等都需要连接数据库，连接数据库的方法GetConnection()封装在DBUtil类中，由于需要重用DBUtil类的GetConnection()方法，设计人员将CustomerDAO作为DBUtil类的子类，初始设计方案结构如图2-7所示。图图2-7 初始初始设计设计方案方案结结构构图图随

27、着客户数量的增加，系统决定升级为Oracle数据库，因此需要增加一个新的OracleDBUtil类来连接Oracle数据库，由于在初始设计方案中CustomerDAO和DBUtil之间是继承关系，因此在更换数据库连接方式时需要修改CustomerDAO类的源代码，将CustomerDAO作为OracleDBUtil的子类，这将违背开闭原则。当然也可以直接修改DBUtil类的源代码，这同样也违背了开闭原则。现使用合成复用原则对其进行重构。www.ChinaSA.info合成复用原则w合成复用原则实例 实例解析实例解析 www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则定义迪米特法则又称为最

28、少知识原则迪米特法则又称为最少知识原则(Least Knowledge Principle,LKP)迪米特法迪米特法则则：每一个软件单位对其他的单位都只有最少的知最少的知识识，而且局限于那些与本单位密切相关的软件单位。Law of Demeter(LoD):Each unit should have only limited knowledge about other units:only units closely related to the current unit.www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则分析迪米特法则来自于迪米特法则来自于1987年美国东北大学年美国东

29、北大学(Northeastern University)一个名为一个名为“Demeter”的的研究项目研究项目迪米特法则要求迪米特法则要求一个软件实体应当尽可能少地与其他一个软件实体应当尽可能少地与其他实体发生相互作用实体发生相互作用应用迪米特法则可应用迪米特法则可降低系统的耦合度降低系统的耦合度，使类与类之间，使类与类之间保持松散的耦合关系保持松散的耦合关系www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则分析不要和不要和“陌生人陌生人”说话说话(Dont talk to strangers.)只与你的直接朋友通信只与你的直接朋友通信(Talk only to your immedia

30、te friends.)(1)当前对象本身(this)(2)以参数形式传入到当前对象方法中的对象(3)当前对象的成员对象(4)如果当前对象的成员对象是一个集合，那么集合中的元素也都是朋友(5)当前对象所创建的对象任何一个对象，如果满足上面的条件之一，就是当前对象的任何一个对象，如果满足上面的条件之一，就是当前对象的“朋友朋友”，否则就是否则就是“陌生人陌生人”在应用迪米特法则时，在应用迪米特法则时，一个对象只能与直接朋友发生交互，不要和一个对象只能与直接朋友发生交互，不要和“陌陌生人生人”发生直接交互发生直接交互，这样做可以降低系统的耦合度，一个对象的改变，这样做可以降低系统的耦合度，一个对象

31、的改变不会给太多其他对象带来影响不会给太多其他对象带来影响www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则分析迪米特法则要求在设计系统时，应该迪米特法则要求在设计系统时，应该尽量减少对象之尽量减少对象之间的交互间的交互如果两个对象之间不必彼此直接通信，那么这两个对如果两个对象之间不必彼此直接通信，那么这两个对象就象就不应该发生任何直接的相互作用不应该发生任何直接的相互作用如果其中一个对象需要调用另一个对象的方法，可以如果其中一个对象需要调用另一个对象的方法，可以通过通过“第三者第三者”转发转发这个调用这个调用通过通过引入一个合理的引入一个合理的“第三者第三者”来降低现有对象之间来降低现

32、有对象之间的耦合度的耦合度www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则分析应用迪米特法则注意点：应用迪米特法则注意点：在类的划分上，应当尽量创建松耦合的类，类之间的耦合度越低，越有利于复用，一个处在松耦合中的类一旦被修改，不会对关联的类造成太大影响在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低其成员变量和成员函数的访问权限在类的设计上，只要有可能，一个类型应当设计成不变类在对其他类的引用上，一个对象对其他对象的引用应当降到最低www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则实例实例说明实例说明某软件公司所开发CRM系统包含很多业务操作窗口，在这些窗口中，某些界面控件之间存在复杂的

33、交互关系，一个控件事件的触发将导致多个其他界面控件产生响应。例如，当一个按钮(Button)被单击时，对应的列表框(List)、组合框(ComboBox)、文本框(TextBox)、文本标签(Label)等都将发生改变，在初始设计方案中，界面控件之间的交互关系可以简化为如图2-9所示的结构。图图2-9 初始初始设计设计方案方案结结构构图图在图2-9中，由于界面控件之间的交互关系复杂，导致在该窗口中增加新的界面控件时需要修改与之交互的其他控件的源代码，系统扩展性较差，也不便于增加和删除控件。现使用迪米特法则对其进行重构。www.ChinaSA.info迪米特法则 w迪米特法则实例实例解析实例解析www.ChinaSA.infoENDEND