看老外程序员如何向妻子解释OOD
自作者从事软件开发开始,作者常常注意到不管技术问题看起来多复杂,如果从现实生活的角度解释并以对答的方式讨论,那么它将变得更简单。现在他们把在OOD方面有些富有成效的对话分享出来,你可能会发现那是一种学习OOD很有意思的方式。
下面就是他们的对话:
OOD简介
Shubho:亲爱的,让我们开始学习OOD吧。你了解面向对象原则吗?
Farhana:你是说封装,继承,多态对吗?我知道的。
Shubho:好,我希望你已了解如何使用类和对象。今天我们学习OOD。
Farhana:等一下。面向对象原则对面向对象编程(OOP)来说不够吗?我的意思是我会定义类,并封装属性和方法。我也能根据类的关系定义它们之间的层次。如果是,那么还有什么?
Shubho:问得好。面向对象原则和OOD实际上是两个不同的方面。让我给你举个实际生活中的例子帮你弄明白。
再你小时候你首先学会字母表,对吗?
Farhana:嗯
Shubho:好。你也学了单词,并学会如何根据字母表造词。后来你学会了一些造句的语法。例如时态,介词,连词和其他一些让你能造出语法正确的句子。例如:
"I" (代词) "want" (动词) "to" (介词) "learn" (动词) "OOD"(名词)。
看,你按照某些规则组合了单词,并且你选择了有某些意义的正确的单词结束了句子。
Farhana:OK,这意味着什么呢?
Shubho:面向对象原则与这类似。OOP指的是面向对象编程的基本原则和核心思路。在这里,OOP可以比作英语基础语法,这些语法教你如何用单词构造有意义且正确的句子,OOP教你在代 码中构造类,并在类里封装属性和方法,同时构造他们之间的层次关系。
Farhana:嗯..我有点感觉了,这里有OOD吗?
Shubho:马上就有答案。现在假定你需要就某些主题写几篇文章或随笔。你也希望就几个你擅长主体写几本书。对写好文章/随笔或书来说,知道如何造句是不够的,对吗?为了使读者能更轻 松的明白你讲的内容,你需要写更多的内容,学习以更好的方式解释它。
Farhana:看起来有点意思...继续。
Shubho:现在,如果你想就某个主题写一本书,如学习OOD,你知道如何把一个主题分为几个子主题。你需要为这些题目写几章内容,也需要在这些章节中写前言,简介,例子和其他段落。 你需要为写个整体框架,并学习一些很好的写作技巧以便读者能更容易明白你要说的内容。这就是整体规划。
在软件开发中,OOD是整体思路。在某种程度上,设计软件时,你的类和代码需能达到模块化,可复用,且灵活,这些很不错的指导原则不用你重新发明创造。确实有些原则你已经在你的类和对象中已经用到了,对吗?
Farhana:嗯...有个大概的印象了,但需要继续深入。
Shubho:别担心,你马上就会学到。我们继续讨论下去。
为什么要OOD?
Shubho:这是一个非常重要的问题。当我们能很快地设计一些类,完成开发并发布时,为什么我们需要关心OOD?那样子还不够吗?
Farhana:嗯,我早先并不知道OOD,我一直就是开发并发布项目。那么关键是什么?
Shubho:好的,我先给你一句名言:
走在结冰的河边不会湿鞋,开发需求不变的项目畅通无阻(Walking on water and developing software from a specification are easy if both are frozen)
-Edward V. Berard
Farhana:你的意思是软件开发说明书会不断变化?
Shubho:非常正确!软件开发唯一的真理是“软件一定会变化”。为什么?
因为你的软件解决的是现实生活中的业务问题,而现实生活中得业务流程总是在不停的变化。
假设你的软件在今天工作的很好。但它能灵活的支持“变化”吗?如果不能,那么你就没有一个设计敏捷的软件。
Farhana:好,那么请解释一下“设计敏捷的软件”。
Shubho:"一个设计敏捷的软件能轻松应对变化,能被扩展,并且能被复用。"
并且应用好"面向对象设计"是做到敏捷设计的关键。那么,你什么时候能说你在代码中很好的应用了OOD?
Farhana:这正是我的问题。
Shubho:如果你代码能做到以下几点,那么你就正在OOD:
面向对象
复用
能以最小的代价满足变化
不用改变现有代码满足扩展
Farhana:还有?
Shubho:我们并不是孤立的。很多人在这个问题上思考了很多,也花费了很大努力,他们试图做好OOD,并为OOD指出几条基本的原则(那些灵感你能用之于你的OOD)。他们最终也确实总结出了一些通用的设计模式(基于基本的原则)。
Farhana:你能说几个吗?
Shubho:当然。这里有很多涉及原则,但最基本的是叫做SOLID的5原则(感谢Uncle Bob,伟大OOD导师)。
S = 单一职责原则 Single Responsibility Principle
O = 开放闭合原则 Opened Closed Principle
L = Liscov替换原则 Liscov Substitution Principle
I = 接口隔离原则 Interface Segregation Principle
D = 依赖倒置原则 Dependency Inversion Principle
接下去,我们会仔细探讨每一个原则。
单一职责原则
Shubho:我先给你展示一张海报。我们应当谢谢做这张海报的人,它非常有意思。
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416260.jpg)
单一职责原则海报
它说:"并不是因为你能,你就应该做"。为什么?因为长远来看它会带来很多管理问题。
从面向对象角度解释为:"引起类变化的因素永远不要多于一个。"
或者说"一个类有且只有一个职责"。
Farhana:能解释一下吗?
Shubho:当然,这个原则是说,如果你的类有多于一个原因会导致它变化(或者多于一个职责),你需要一句它们的职责把这个类拆分为多个类。
Farhana:嗯...这是不是意味着在一个类里不能有多个方法?
Shubho:不。你当然可以在一个类中包含多个方法。问题是,他们都是为了一个目的。如今为什么拆分是重要的?
那是因为:
每个职责是轴向变化的;
如果类包含多个职责,代码会变得耦合;
Farhana:能给我一个例子吗?
Shubho:当然,看一下下面的类层次。当然这个例子是从Uncle Bob那里得来,再谢谢他。
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416261.png)
违反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:
计算几何应用程序用这个类计算面积;
图形程序用这个类在界面上绘制矩形;
这违反了SRP(单一职责原则);
Farhana:如何违反的?
Shubho:你看,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;
图形应用中Rectangle类的变化可能导致计算几何应用变化,编译和测试,反之亦然;
Farhana:有点意思。那么我猜我们应该依据职责拆分这个类,对吗?
Shubho:非常对,你猜我们应该做些什么?
Farhana:当然,我试试。下面是我们可能要做的:
拆分职责到两个不同的类中,如:
Rectangle:这个类应该定义Area()方法;
RectangleUI:这个类应继承Rectangle类,并定义Draw()方法。
Shubho:非常好。在这里,Rectangle类被计算几何应用使用,而RectangleUI被图形应用使用。我们甚至可以分离这些类到两个独立的DLL中,那会允许我们在变化时不需要关心另一个就可以实现它。
Farhana:谢谢,我想我明白SRP了。SRP看起来是把事物分离成分子部分,以便于能被复用和集中管理。我们也不能把SRP用到方法级别吗?我的意思是,我们可以写一些方法,它们包含做很多事的代码。这些方法可能违反SRP,对吗?
Shubho:你理解了。你应当分解你的方法,让每个方法只做某一项工作。那样允许你复用方法,并且一旦出现变化,你能购以修改最少的代码满足变化。
开放闭合原则
Shubho:这里是开放闭合原则的海报
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416262.jpg)
开放闭合原则海报
从面向对象设计角度看,它可以这么说:"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,它意味着你应当能在不修改类的前提下扩展一个类的行为。就好像我不需要改变我的身体而可以穿上衣服。
Farhana:有趣。你能够按照你意愿穿上不同的衣服来改变面貌,而从不用改造身体。你对扩展开放了,对不?
Shubho:是的。在OOD里,对扩展开发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。
Farhana:并且你的身体对修改是闭合的。我喜欢这个例子。当需要变化时,核心类或模块的源代码不应当改动。你能用些例子解释一下吗?
Shubho:当然,看下面这个例子。它不支持"开放闭合"原则。
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416263.png)
违反开发闭合原则的类结构
你看,客户端和服务段都耦合在一起。那么,只要出现任何变化,服务端变化了,客户端一样需要改变。
Farhana:理解。如果一个浏览器以紧耦合的方式按照指定的服务器(比如IIS)实现,那么如果服务器因为某些原因被其他服务器(如Apache)替换了,那么浏览器也需要修改或替换。这确实很可怕!
Shubho:对的。下面是正确的设计。
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416264.png)
遵循开放闭合原则的类结构
在这个例子中,添加了一个抽象的服务器类,客户端包含一个抽象类的引用,具体的服务类实现了抽象服务类。那么,因任何原因引起服务实现发生变化时,客户端都不需要任何改变。
这里抽象服务类对修改是闭合的,实体类的实现对扩展是开放的。
Farhana:我明白了,抽象是关键,对吗?
Shubho:是的,基本上,你抽象的东西是你系统的核心内容,如果你抽象的好,很可能在扩展功能时它不需要任何修改(就像服务是一个抽象概念)。如果在实现里定义了抽象的东西(比如IIS服务器实现的服务),代码要尽可能以抽象(服务)为依据。这会允许你扩展抽象事物,定义一个新的实现(如Apache服务器)而不需要修改任何客户端代码。
Liskov's 替换原则
Shubho:"Liskov's替换原则(LSP)"听起来很难,却是很有用的基本概念。看下这幅有趣的海报:
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416265.jpg)
Liskov替换原则海报
这个原则意思是:"子类型必须能够替换它们基类型。"
或者换个说法:"使用基类引用的函数必须能使用继承类的对象而不必知道它。"
Farhana:不好意思,听起来有点困惑。我认为这个OOP的基本原则之一。也就是多态,对吗?为什么一个面向对象原则需要这么说呢?
Shubho:问的好。这就是你的答案:
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,结果使用错误的继承造成错误设计。
"Liskov替换原则"正是保证继承能够被正确使用的方法。
Farhana:我明白了。有意思。
Shubho:是的,亲爱的,确实。我们看个例子:
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416266.png)
Liskov替换原则类结构图
这里,KingFisher类扩展了Bird基类,并继承了Fly()方法,这看起来没问题。
现在看下面的例子:
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416267.png)
违反Liskov替换原则类结构图
Ostrich(鸵鸟)是一种鸟(显然是),并从Bird类继承。它能飞吗?不能,这个设计就违反了LSP。
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,Ostrich应该继承与它。
Farhana:好,明白了。那么让我来试着指出为什么LSP这么重要:
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;
对吗?
Shubho:非常正确。你能设计对象,使用LSP做为一个检查工作来测试继承是否正确。
接口分离原则
Shubho:今天我们学习"接口分离原则",这是海报:
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416268.jpg)
接口分离原则海报
Farhana:这是什么意思?
Shubho:它的意思是:"客户端不应该被迫依赖于它们不用的接口。"
Farhana:请解释一下。
Shubho:当然,这是解释:
假设你想买个电视机,你有两个选择。一个有很多开关和按钮,它们看起来很混乱,且好像对你来说没必要。另一个只有几个开关和按钮,它们很友好,且适合你使用。假定两个电视机提供同样的功能,你会选哪一个?
Farhana:当然是只有几个开关和按钮的第二个。
Shubho:对,但为什么?
Farhana:因为我不需要那些看起来混乱又对我没用的开关和按钮。
Shubho:以便外部能够知道这些类有哪些可用的功能,客户端代码也能根据接口来设计.现在,如果接口太大,包含很多暴露的方法,在外界看来会很混乱.接口包含太多的方法也使其可用性降低,像这种包含了无用方法的"胖接口"会增加类之间的耦合.你通过接口暴露类的功能,对.同样地,假设你有一些类,
这也引起了其他问题.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.所以说这么做会在系统中引入不必要的复杂度,降低可维护性或鲁棒性.
接口隔离原则确保实现的接口有他们共同的职责,它们是明确的,易理解的,可复用的.
Farhana:你的意思是接口应该仅包含必要的方法,而不该包含其它的.我明白了.
Shubho:非常正确.一起看个例子.
下面是违反接口隔离原则的一个胖接口
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/1416269.png)
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).
Farhana:确实如此。那么这个接口必须拆分了?
Shubho:是的。这个"胖接口"应该拆分未两个不同的接口,IBird和IFlyingBird,IFlyingBird继承自IBird.
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/14162610.png)
这里如果一种鸟不会飞(如Ostrich),那它实现IBird接口。如果一种鸟会飞(如KingFisher),那么它实现IFlyingBird.
Farhana:所以回头看包含了很多开关和按钮的电视机的例子,电视机制造商应该有一个电视机的图纸,开关和按钮都在这个方案里。不论任何时候,当他们向制造一种新款电视机时,如果他们想复用这个图纸,他们将需要在这个方案里添加更多的开关和按钮。那么他们将没法复用这个方案,对吗?
Shubho:对的。
Farhana:如果他们确实需要复用方案,它们应当把电视机的图纸份为更小部分,以便在任何需要造新款电视机的时候复用这点小部分。
Shubho:你理解了。
依赖倒置原则
Shubho:这是SOLID原则里最后一个原则。这是海报
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/14162611.jpg)
它的意思是:高层模块不应该依赖底层模块,两者都应该依赖其抽象
Shubho:考虑一个现实中的例子。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?
Farhana:是的
Shubho:好,它们没有一个是严格的构建在一个单一单元里;换句话说,它们都是可插拔的,因此当引擎或车轮出问题时,你可以修理它(而不需要修理其它部件),甚至可以换一个。
在替换时,你仅需要确保引擎或车轮符合汽车的设计(如汽车能使用任何1500CC的引擎或任何18寸的车轮)。
当然,汽车也可能允许你在1500CC引擎的地方安装一个2000CC的引擎,事实上对某些制造商(如丰田汽车)是一样的。
现在,如果你的汽车的零部件不具备可插拔性会有什么不同?
Farhana:那会很可怕!因为如果汽车的引擎出故障了,你可能修理整部车或者需要买一个新的。
Shubho:是的,那么该如何做到"可插拔性"呢?
Farhana:这里抽象是关键,对吗?
Shubho:是的,在现实中,汽车是高级模块或实体,它依赖于低级模块或实体,如引擎或车轮。
相比直接依赖于引擎或车轮,汽车应依赖于某些抽象的有规格的引擎或车轮,以便于如果任何引擎或车轮符合抽象,那么它们都能组合到汽车中,汽车也能跑动。
一起看下面的类图
![](http://images.51cto.com/files/uploadimg/20110530/14162612.png)
Shubho:注意到上面Car类有两个属性,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。
Farhana:所以,如果代码中不用依赖倒置,我们将面临如下风险:
使用低级类会破环高级代码;
当低级类变化时需要很多时间和代价来修改高级代码;
产生低复用的代码;
Shubho:你完全掌握了,亲爱的!
总结
Shubho: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";
Farhana:我应该学习那些原则吗?
Shubho:当然可以。你可以从整个网上学习。仅仅需要Google一下那些原则,然后尝试理解它。当然如果有需要,尽管问我。
Farhana:在那些设计原则之上我听说过很多设计模式。
Shubho:对的。设计模式只是对一些经常出现的场景的一些通用设计建议。这些灵感主要来自于面向对象原则。你可以把设计模式看作"框架",把OOD原则看作"规范".
Farhana:那么接下去我将学习设计模式吗?
Shubho:是的,亲爱的。
Farhana:那会很有意思,对吗?
Shubho:是,那确实令人兴奋。