OOP

我所理解的s O L I D原则

Posted by fsoooo Blog on April 10, 2018

在软件开发的过程中，常常有这样一种现象：刚开始进行开发时，我们对开发的系统架构非常清晰，但是随着开发的深入，或者因为功能的增加，或者因为需求的变更，我们可能逐渐偏离原来的设计并且发现开发工作很难进行下去。最后软件即使发生最细微的变化也会带来灾难性的后果，有人把这时的软件比作“坏面包”或者“坏鸡蛋”。它们都说明了一个共同的问题——腐化的软件设计，这时软件设计的臭味就表现出来了。

常见的软件设计中的臭味有：

  1. 僵化性：软件难以修改。修改花费的代价巨大；
  2. 脆弱性：一个修改可能引发很多意想不到的问题；
  3. 顽固性：设计中包含了对其他系统有用的部分，但是把这部分从系统中分离出来所需要的努力和风险非常之大；
  4. 粘滞性：当面临修改时，开发人员有两类修改方法：一是保持设计；而是破坏设计（拼凑方法。当可以保持系统设计的方法比破坏设计的方法更难应用时，系统就有很高的粘滞性；
  5. 不必要的重复：是忽略抽象的结果；
  6. 不必要的复杂性：系统包含了当前没有用的组成部分；
  7. 晦涩性：模块难以理解，代码晦涩难懂。

软件为什么会腐化，简而言之就是因为没有遵循设计原则。

S.O.L.I.D 是面向对象编程（OOP）中几个重要的编码（设计）原则(Programming Priciple)的首字母缩写：

简称 全拼 名称
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

下面分别进行详细介绍（附带实例）。

1.单一职责原则

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，简单来说就是：”对象（类）应该仅具有单一的功能”。

通常我们都说“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。

Bad:

class UserSettings
{
    private $user;

    public function __construct($user)
    {
        $this->user = $user;
    }

    public function changeSettings($settings)
    {
        if ($this->verifyCredentials()) {
            // ...
        }
    }

    private function verifyCredentials()
    {
        // ...
    }
}

Good:

class UserAuth 
{
    private $user;

    public function __construct($user)
    {
        $this->user = $user;
    }
    
    public function verifyCredentials()
    {
        // ...
    }
}

class UserSettings 
{
    private $user;
    private $auth;

    public function __construct($user) 
    {
        $this->user = $user;
        $this->auth = new UserAuth($user);
    }

    public function changeSettings($settings)
    {
        if ($this->auth->verifyCredentials()) {
            // ...
        }
    }
}

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！

例如我做了一个计算器接口，开始做了普通计算器，突然添加新需求，要再做一个程序员计算器，这时不应该修改普通计算器内部，应该使用面向接口编程，组合实现扩展，来看张图片：

image.png

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）。

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“！

Bad:

abstract class Adapter
{
    protected $name;

    public function getName()
    {
        return $this->name;
    }
}

class AjaxAdapter extends Adapter
{
    public function __construct()
    {
        parent::__construct();

        $this->name = 'ajaxAdapter';
    }
}

class NodeAdapter extends Adapter
{
    public function __construct()
    {
        parent::__construct();

        $this->name = 'nodeAdapter';
    }
}

class HttpRequester
{
    private $adapter;

    public function __construct($adapter)
    {
        $this->adapter = $adapter;
    }

    public function fetch($url)
    {
        $adapterName = $this->adapter->getName();

        if ($adapterName === 'ajaxAdapter') {
            return $this->makeAjaxCall($url);
        } elseif ($adapterName === 'httpNodeAdapter') {
            return $this->makeHttpCall($url);
        }
    }

    private function makeAjaxCall($url)
    {
        // request and return promise
    }

    private function makeHttpCall($url)
    {
        // request and return promise
    }
}

在上面的代码中，对于HttpRequester类中的fetch方法，如果我新增了一个新的xxxAdapter类并且要在fetch方法中用到的话，就需要在HttpRequester类中去修改类（如加上一个elseif 判断），而通过下面的代码，就可很好的解决这个问题。下面代码很好的说明了如何在不改变原有代码的情况下增加新功能。

Good:

interface Adapter
{
    public function request($url);
}

class AjaxAdapter implements Adapter
{
    public function request($url)
    {
        // request and return promise
    }
}

class NodeAdapter implements Adapter
{
    public function request($url)
    {
        // request and return promise
    }
}

class HttpRequester
{
    private $adapter;

    public function __construct(Adapter $adapter)
    {
        $this->adapter = $adapter;
    }

    public function fetch($url)
    {
        return $this->adapter->request($url);
    }
}

三、Liskov’s 替换原则（里氏替换原则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。

所有基类出现的地方都可以用派生类替换而不会程序产生错误。子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。

例如机动车必须有轮胎和发动机，子类宝马和奔驰不应该改写没轮胎或者没发动机：

image.png

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；

Bad:

class Rectangle
{
    protected $width = 0;
    protected $height = 0;

    public function render($area)
    {
        // ...
    }

    public function setWidth($width)
    {
        $this->width = $width;
    }

    public function setHeight($height)
    {
        $this->height = $height;
    }

    public function getArea()
    {
        return $this->width * $this->height;
    }
}

class Square extends Rectangle
{
    public function setWidth($width)
    {
        $this->width = $this->height = $width;
    }

    public function setHeight(height)
    {
        $this->width = $this->height = $height;
    }
}

function renderLargeRectangles($rectangles)
{
    foreach ($rectangles as $rectangle) {
        $rectangle->setWidth(4);
        $rectangle->setHeight(5);
        $area = $rectangle->getArea(); // BAD: Will return 25 for Square. Should be 20.
        $rectangle->render($area);
    }
}

$rectangles = [new Rectangle(), new Rectangle(), new Square()];
renderLargeRectangles($rectangles);

Good:

abstract class Shape
{
    protected $width = 0;
    protected $height = 0;

    abstract public function getArea();

    public function render($area)
    {
        // ...
    }
}

class Rectangle extends Shape
{
    public function setWidth($width)
    {
        $this->width = $width;
    }

    public function setHeight($height)
    {
        $this->height = $height;
    }

    public function getArea()
    {
        return $this->width * $this->height;
    }
}

class Square extends Shape
{
    private $length = 0;

    public function setLength($length)
    {
        $this->length = $length;
    }

    public function getArea()
    {
        return pow($this->length, 2);
    }
}

function renderLargeRectangles($rectangles)
{
    foreach ($rectangles as $rectangle) {
        if ($rectangle instanceof Square) {
            $rectangle->setLength(5);
        } elseif ($rectangle instanceof Rectangle) {
            $rectangle->setWidth(4);
            $rectangle->setHeight(5);
        }

        $area = $rectangle->getArea(); 
        $rectangle->render($area);
    }
}

$shapes = [new Rectangle(), new Rectangle(), new Square()];
renderLargeRectangles($shapes);

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.

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。

有一个清晰的例子来说明示范这条原则。当一个类需要一个大量的设置项，为了方便不会要求客户端去设置大量的选项，因为在通常他们不需要所有的设置项。使设置项可选有助于我们避免产生”胖接口”

Bad:

interface Employee
{
    public function work();

    public function eat();
}

class Human implements Employee
{
    public function work()
    {
        // ....working
    }

    public function eat()
    {
        // ...... eating in lunch break
    }
}

class Robot implements Employee
{
    public function work()
    {
        //.... working much more
    }

    public function eat()
    {
        //.... robot can't eat, but it must implement this method
    }
}

上面的代码中，Robot类并不需要eat()这个方法，但是实现了Emplyee接口，于是只能实现所有的方法了，这使得Robot实现了它并不需要的方法。所以在这里应该对Emplyee接口进行拆分，正确的代码如下：

Good:

interface Workable
{
    public function work();
}

interface Feedable
{
    public function eat();
}

interface Employee extends Feedable, Workable
{
}

class Human implements Employee
{
    public function work()
    {
        // ....working
    }

    public function eat()
    {
        //.... eating in lunch break
    }
}

// robot can only work
class Robot implements Workable
{
    public function work()
    {
        // ....working
    }
}

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。

看一个例子：垃圾收集器不管垃圾是什么类型，要是垃圾就行

image.png

这个原则细分下来，可以化为五点，如下：

(1).高层模块不要依赖低层模块； (2).高层和低层模块都要依赖于抽象； (3).抽象不要依赖于具体实现； (4).具体实现要依赖于抽象； (5).抽象和接口使模块之间的依赖分离。

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？

image.png

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。

对于上例，我们可以做出如下总结：

  • 一个对象只承担一种责任，所有服务接口只通过它来执行这种任务。

  • 程序实体，比如类和对象，向扩展行为开放，向修改行为关闭。

  • 子类应该可以用来替代它所继承的类。

  • 一个类对另一个类的依赖应该限制在最小化的接口上。

  • 依赖抽象层(接口)，而不是具体类。

Bad:

class Employee
{
    public function work()
    {
        // ....working
    }
}

class Robot extends Employee
{
    public function work()
    {
        //.... working much more
    }
}

class Manager
{
    private $employee;

    public function __construct(Employee $employee)
    {
        $this->employee = $employee;
    }

    public function manage()
    {
        $this->employee->work();
    }
}

Good:

interface Employee
{
    public function work();
}

class Human implements Employee
{
    public function work()
    {
        // ....working
    }
}

class Robot implements Employee
{
    public function work()
    {
        //.... working much more
    }
}

class Manager
{
    private $employee;

    public function __construct(Employee $employee)
    {
        $this->employee = $employee;
    }

    public function manage()
    {
        $this->employee->work();
    }
}

六、合成复用原则（CRP）

合成复用原则（Composite Reuse Principle,CRP），即优先使用委托而不是继承来重用已用功能（代码）。循序这一原则通常也是避免触犯里氏替换原则所要求的。

七、迪米特法则（LoD / LKP）

迪米特法则（Law Of Demeter）又称最小知识原则（Least Knowledge Principle, LKP）。意思是一个对象应当对其它对象有尽量好的了解，即应该保持对象间有尽量少的相互作用是，使得对象（类）具有好的独立性，可测试性，也就易于维护。

关于“迪米特法则”的其它表述还有：只与你的朋友们通信，不要与“陌生人”说话。

设计模式中的Facade模式和Mediator模式就是使用了这一原则，降低模块间的耦合。

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