软件设计原则

1.开闭原则

• 对扩展开放，对修改关闭 。​在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码
• 想要达到这样的效果，我们需要​使用接口和抽象类 。
• 因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

下面以 搜狗输入法 的皮肤为例介绍开闭原则的应用。

【例】​搜狗输入法 的皮肤设计

分析：搜狗输入法` 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

2.里氏代换原则

里氏代换原则：​任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现 。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，​子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法 。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子

【例：违背里氏代换原则】 正方形不是长方形

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

长方形类（Rectangle）：

public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;
 
    public double getLength() {
        return length;
    }
 
    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }
 
    public double getWidth() {
        return width;
    }
 
    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

正方形（Square）：

由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle {
    
    public void setWidth(double width) {
        super.setLength(width);//重写了父类方法，违背了里氏代换原则
        super.setWidth(width);
    }
 
    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);//重写了父类方法，违背了里氏代换原则
        super.setWidth(length);
    }
}

类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo {
    
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }
 
    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(10);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);
 
        System.out.println("============");
 
        Rectangle square = new Square();
        square.setLength(10);
        resize(square);//这里会处于死循环，因为，长宽永远相等，跳不出循环，这就是违背原则可能出现的后果
        printLengthAndWidth(square);
    }
}

分析： 在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替（基类可以出现的地方，子类不能代换出现），如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形

【改进】抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)

抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口

3.依赖倒转原则

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。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，如抽象类使用的是接口，而不应该接口实现类，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

【例：违背依赖倒转原则】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。

类图如下：

public class Computer {
 
    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;
 
    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }
 
    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }
 
    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }
 
    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }
 
    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }
 
    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }
 
    public void run() {
        System.out.println("计算机工作");
        cpu.run();
        memory.save();
        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘中获取的数据为：" + data);
    }
}

分析：

该类变量使用的是具体实现类，如上组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件

【改进】使Computer类依赖抽象（各个配件的接口）

让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类

4.接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上，通俗点说就是一个接口如果定义多个功能，但是它的实现类只需要其中一个功能，这样就想不通了，此时需要把接口中的功能拆开成多个接口，符合最小接口原则即可

【例：违背接口隔离原则】安全门案例

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：

分析：

如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？这样就无法实现了

【改进】分成多个接口

5.迪米特法则 / 最少知识原则

如果两个类无须直接通信，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

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

6.合成复用原则

合成复用原则是指：​尽量先使用组合/聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现 。

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点 ：

1. 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
2. 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
3. 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

1. 它维持了类的封装性。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. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
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。

【例】汽车分类管理程序

汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下：

从上面类图我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。